EP2785521A1 - Verfahren zur herstellung strukturierter optischer komponenten - Google Patents

Verfahren zur herstellung strukturierter optischer komponenten

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EP2785521A1
EP2785521A1 EP12778612.7A EP12778612A EP2785521A1 EP 2785521 A1 EP2785521 A1 EP 2785521A1 EP 12778612 A EP12778612 A EP 12778612A EP 2785521 A1 EP2785521 A1 EP 2785521A1
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reinforcing element
reinforcing
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stack
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Hans Joachim Quenzer
Ulrich Hofmann
Vanessa Stenchly
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Definitions

  • Patent Application Method for producing structured optical components
  • the invention relates to a method for producing structured optical
  • Components in particular covers for the encapsulation of micro-systems, which in particular have to fulfill an optical function.
  • a cap for encapsulation of micro-systems e.g., MOEMS, MEMS
  • a carrier substrate should generally offer at least one protection against impurities and at the same time do not affect the mechanical and / or optical functionality of the micro-systems. Should the functionality of the micro-systems not only be limited to movements in or parallel to the carrier substrate plane, but also movements perpendicular to the
  • a lid must ensure the micro-systems usually appropriate freedom of movement. This requires
  • Structuring method e.g. a high surface quality of the optical
  • Parameters or physical quantities of the micro-systems are measured optically - for example, determination of the deflection by means of interferometer or by
  • WO 2004/1068665 describes a wafer-level packaging method for MOEMS, which provides a glass lid. Before the encapsulation process, however, the carrier wafer is separated with the MOEMS. The resulting separate unencapsulated chips (DIEs) are placed on a new substrate, mounted, contacted and then encapsulated. Recesses in the lid can with known embossing and etching and / or through the use of
  • US6146917 describes a wafer-level packaging method for ME MS / MOE MS in which a truncated lid wafer of silicon or glass is bonded to the carrier wafer by fusion bonding or anodic bonding, resulting in a hermetically sealed package , The production of
  • lid wafer made of silicon required 50 to 1 50 ⁇ deep wells in the lid wafer made of silicon can be done by wet chemical etching using KOH solution.
  • Lid wafers made of glass have recesses which serve as optical windows and can also have corresponding coating layers.
  • the depressions in the lid wafer can have depths of more than 100 ⁇ and are common
  • Shaping process such as etching, casting or embossing, or produced by the use of spacers.
  • the optical windows of the lid are designed parallel to the substrate plane of the carrier substrate (carrier substrate plane), in particular carrier wafer, and thus to the MEMS / MOEMS arranged thereon. Furthermore, in the prior art, lids with recesses, which through to
  • reflection suppression can be achieved by inclined optical windows.
  • US2007 / 0024549A1 it is also possible to produce covers with inclined optical windows which enable wafer-level encapsulation.
  • the shape of the lid or the realization of the required wells is done with known embossing and molding processes.
  • Such shaping processes include, for example, glass thermoforming and blank pressing.
  • bank presses will also be used to make optical Components, such as lenses used; (see Bernd Bresseler,
  • the plane or plane-parallel surfaces have, such as mirrors or partially transmissive mirror and beam splitter (pamphlets Chuan Pu, Zuhua Zhu and Yu-Hwa Lo "Surface Micromachined
  • IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS Vol. 10, NO. 7, JULY 1 998, and Lih Y. Lin and Evan L Goldstein "Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) for WDM Optical-Crossconnect Networks"; IEEE 1999) are usually produced from silicon in microsystem technology, for example, inclined mirrors can be realized by anisotropic wet-chemical etching processes, for example by means of KOH (publication Jenq-Yang Chang, Chih-Ming Wang, Chien-Chieh Lee, Hsi-Fu Shih and Mount-Learn Wu "Realization of Free-Space Optical Pickup Heads with Stacked Si-Based Phase Elements"; IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS).
  • Micro-optical beam splitters and inclined mirrors also by means of various parameters
  • Etching process produced with a high quality, in particular on a low roughness, the optically functional surfaces is referenced.
  • surfaces with a square can be formed in silicon
  • a method for producing optical components in particular covers with inclined optical windows, is also described in DE102008012384.
  • the areas acting as optical windows can be protected and stabilized, whereby high-quality tilted or shifted optical windows can be realized.
  • a disadvantage of the method is that the realization of the reinforcing elements is associated with a relatively high cost of materials, since large areas of the
  • the present invention is therefore based on the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a cost-effective and more flexible method for producing optical components, in particular covers, with shifted and / or inclined areas and high surface quality.
  • the object is achieved by a method
  • inventive method of claim 1 and claim 2 are used to produce optical components in which a certain / e
  • the optical component has at least one optical element, such as an optical window, a mirror or semitransparent mirror, a beam splitter, a prism and / or an interference filter, or the optical component
  • Component consists of at least one optical element.
  • the surface (s) of an optical window through which the radiation used in the application enters the optical window invades and / or is decoupled, put the
  • the methods according to the invention can be used, for example, for producing a cover with one or more optical windows for the encapsulation of microsystems which, in particular, have an optical function and are usually applied or arranged on a carrier substrate.
  • a silicon wafer is used as the carrier substrate on which
  • microsystems e.g., MEMS, MOE S.
  • Components has the following process steps:
  • the first substrate constitutes the starting or base substrate for the optical component.
  • the two substrate sides of the first substrate or their surfaces which are the output surfaces, eg for an optical window or represent its transmission surfaces, preferably carried out polished.
  • the two substrate sides preferably has a square surface roughness of less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 1 nm, more preferably less than or equal to 5 nm.
  • the two substrate sides of the first substrate are planar (planar) and / or plane-parallel to each other.
  • the two substrate sides of the first substrate preferably have a flatness deviation of less than one quarter of the wavelength of the electromagnetic radiation used in the application, particularly preferably wavelengths from the ultraviolet to the infrared wavelength range (for example between about 200 nm and about 1 5 [im)
  • the plane parallelism deviation of the two substrate sides of the first substrate preferably have values of less than 10 ⁇ m.
  • the first substrate offers the best prerequisites for an optical component which, for example, causes smaller deviations and a smaller beam widening of the optical beam path, which leads to a lesser distortion of the optical signals.
  • the values for the evenness and planarity deviation as well as for the quadratic surface roughness were determined by means of an interferometric measuring method.
  • the white light and phase interferometer MicroMap 512 from Atos or VEECO Wyko NT 1 100 from Veeco was used.
  • the first substrate should preferably have a homogeneous material structure in order to avoid unwanted refractions and / or deflections of the radiation by the optical component produced from the first substrate.
  • Electromagnetic radiation permeable areas required so that, for example, a laser beam as possible unaffected reaches the micro-system.
  • the first substrate preferably contains glass and / or a glass-like material, at least in a partial region, or the first substrate consists of glass and / or a glass-like material.
  • glass-like materials materials according to the invention are understood to be similar because of their thermodynamic properties (amorphous structure, glass transition temperature) glasses, although their chemical composition is different from that of silicate glasses. Examples include the art glass known in the art or organic such as Vitroids
  • PMMA Polymethylmethacrylate
  • Particularly preferred glasses are silicate glasses, in particular borosilicate glasses, since borosilicate glasses are very resistant to chemicals and to high temperatures.
  • the transmittance is very high, especially in the wavelength range visible to humans with over 90%.
  • At least one second substrate is provided.
  • the second substrate preferably contains a semiconductive material, at least in some areas, or the second substrate consists of a semiconducting material.
  • semiconductor wafers preferably silicon wafers
  • semiconductor wafers are used as a second substrate, as a result of which the mature and easily controllable processes of the
  • Semiconductor technology in particular silicon technology, can be used.
  • the second substrate particularly the region (s) of the second substrate which is brought into contact with the stack of first substrate and reinforcing member directly or indirectly (e.g., via support structures), preferably contains
  • high temperature resistant materials in particular graphite, or consists thereof. Due to a low tendency to connect to the first substrate, in particular to glass, and a consequent low wear can be such
  • the second substrate has at least one third recess, which is preferably formed on the side of the second substrate, which is brought into contact with the stack of first substrate and reinforcing element or the stack of first substrate and reinforcing element, in particular the first substrate in the step of contacting (the second substrate with the stack of first substrate and reinforcing element) and / or in the step of heating and deforming faces.
  • Substrate is preferably between about 100 ⁇ and about 1000 ⁇ , more preferably a few millimeters, deep, so that deformation-induced deflections of the first substrate and thus in particular the depths of the first wells can be varied over a wide range.
  • At least one reinforcing element is provided by separating at least one reinforcing substrate, wherein the reinforcing substrate is preferably designed as a plate or wafer, in particular as a silicon or glass wafer. This can be one or more
  • Reinforcement substrates produce a plurality of reinforcing elements and reduce or optimize the processing steps to ensure the desired thickness or thickness of the reinforcing elements.
  • the reinforcing substrate and / or the at least one reinforcing element contains a semiconducting at least in some areas
  • Material or the reinforcing substrate and / or the reinforcing element are made of a semiconductive material.
  • a particularly preferred material is silicon, since in their use the mature and well manageable processes of the
  • glasses having a higher melting point than the first substrate are also suitable as a reinforcing member and / or reinforcing substrate, for example.
  • Reinforcing element and / or the reinforcing substrate have a coefficient of thermal expansion which comes as close as possible to the thermal expansion coefficient of the material of the first substrate or is as identical as possible with this.
  • the difference in the coefficients of thermal expansion should be less than or equal to 5 ppm / ° K, more preferably less than or equal to 1 ppm / ° K.
  • Reinforcement element or the optical component could reduce.
  • the provision of the reinforcing element takes place by separating or separating from / from the reinforcing substrate. Preferred separation methods are saws,
  • Reinforcing element is produced for example by etching a deposited on the first substrate layer and thus by a relatively high material removal, by a preferably before arranging the
  • Reinforcement element taking place manufacturing process, for example by sawing, laser cutting, breaking or etching, the reinforcing substrate and thus the
  • Starting material for the reinforcing element can be used much more effectively. Thereby and by the associated saving of further process steps, e.g. Coating, exposure, paint structuring, paint removal, can reduce manufacturing costs.
  • the preparation of the reinforcing elements prior to the arrangement also has the advantage that reinforcing elements made of different materials (for example several of them) are used
  • Reinforcing substrates and having different sizes (e.g., thickness) or shapes, as well as having different properties (e.g., transparency, reflectivity, or absorption behavior) for the ensuing placement step. This enables an optimized and flexible adaptation of the production to the desired specifications.
  • Reinforcing element is brought into contact, to a lesser extent aggressive media such. Etching solutions exposed, so that this area can be better preserved for subsequent contacting and / or connecting steps or whereby the preferably high
  • Reinforcing element in particular the / the surface area / e of
  • Reinforcing element which is brought into contact with the first substrate during the process according to the invention, a surface roughness equal to or less than 25 nm, preferably less than or equal to 1 5 nm, more preferably less than or equal to 5 nm, and / or a flatness deviation equal to or less than 180 nm, in particular smaller equal to 1 10 nm, on.
  • a high surface quality of the first substrate can be conserved or the high surface quality of the reinforcing element in the course of heating and deformation can be transferred to the first substrate in order to ensure a high surface quality of the optical component to be produced.
  • a stack is produced by arranging, in particular applying, the at least one reinforcing element on the first substrate, whereby the stack is produced
  • Reinforcement element covers or covers a portion of the first substrate.
  • this stack of first substrate and reinforcing element is referred to as "base stack”.
  • first layer, a first region or a first device is arranged or applied "on" a second layer, a second region or a second device can mean here and below that the first layer, the first region or the first one Device is arranged or applied directly in direct mechanical and / or electrical contact on the second layer, the second region or the second device
  • an indirect contact may also be designated, in which further layers, regions and / or devices between the first layer , the first region or the first device and the second layer, the second region or the second device are arranged.
  • the arrangement of the reinforcing element on the first substrate for example, with a vacuum handler (vacuum suction), a gripper (Collet) or a pickup tool (combination of vacuum suction and gripper) take place, the positionally accurate and precise arrangement of the reinforcing element on the first substrate
  • the reinforcing element is on the first substrate arranged or applied that a deformation of the example acting as an optical window portion of the first substrate is reduced or prevented. This is achieved in particular by the fact that at least part of the
  • Reinforcement member covers a portion of the first substrate, for example, later acts as an optical window or as part of an optical window
  • this covered region of the first substrate extends to the region of the first substrate that lies between or on top of the first substrate
  • the definition of the covered area of the first substrate is based on a stack (base stack / further base stack), as it was before deformation after
  • inventive method of the first substrate is present.
  • the additional material of the reinforcing element stabilizes and protects the covered area of the first substrate and counteracts deformation.
  • Polishing step are not accessible, realize with a high surface quality.
  • Reinforcement element on the first substrate, the first substrate and the reinforcing element are preferably positively and / or cohesively, in particular by gluing, soldering or bonding, in order to ensure a high positional stability of the reinforcing element with respect to the first substrate.
  • the reinforcing element on the first substrate such that a displacement and / or rotation of the reinforcing element relative to the first substrate is reduced or prevented.
  • a positive connection is realized in that the reinforcing element is arranged in an alignment recess of the first substrate, which is designed for receiving the reinforcing element.
  • the reinforcing element is arranged in an alignment recess of the first substrate, which is designed for receiving the reinforcing element.
  • Reinforcing element for example, a silicon chip, arranged by anodic bonding, direct bonding, plasma-activated bonding and / or thermal bonding on the first substrate or connected thereto.
  • Reinforcing element for example, a silicon chip, arranged by anodic bonding, direct bonding, plasma-activated bonding and / or thermal bonding on the first substrate or connected thereto.
  • bonding methods are commonly used bonding techniques that lead to stable connections.
  • a bonding step takes place, e.g. the bonding, in a vacuum, whereby, for example, air pockets and / or trapped particles in the connecting regions, in particular at the interface between the reinforcing element and the first substrate, avoid and thereby
  • the at least one reinforcing element is arranged on a positioning means before being arranged on the first substrate.
  • the placement of the positioning means with the reinforcing element so the transmission and arrangement of the reinforcing element, for example, with a vacuum handler (vacuum suction), a gripper (Collet) or a pickup tool (combination of vacuum suction and gripper) take place, the positionally accurate and precise placement ensure on the positioning means.
  • a vacuum handler vacuum suction
  • a gripper Cold
  • a pickup tool combination of vacuum suction and gripper
  • Connecting step e.g. the anodic bonding, done in another rhyme area in a vacuum.
  • Adhesive, magnetic or electrostatic force based substrates or substrates which can provide frictional (friction increasing), cohesive (e.g., applied adhesive), or interlocking (e.g., depressions) recesses are suitable as the locating means.
  • the positioning means is preferably made electrically conductive.
  • the positioning agent preferably contains or consists of electrically conductive and / or semiconductive materials such as silicon.
  • a receiving substrate can be used.
  • Such a receiving substrate has at least one recess
  • Reinforcement element is designed and this particular laterally fixed
  • Reinforcement element in contact or to be associated, to preserve for further connection and / or contacting step
  • the receiving recess is preferably designed such that at least one of the reinforcing elements arranged on the receiving substrate on the
  • Bounding surfaces of the receiving substrate protrudes. Particularly preferably, all reinforcing elements protrude after being arranged on the receiving substrate via the
  • Boundary surfaces of the receiving substrate addition.
  • the at least one reinforcing element at least one
  • Fixing element or with at least one fixing element in mutual operative relationship are.
  • the fixing element reduces or prevents, in particular after contacting the base stack with the at least one second substrate, a displacement and / or rotation of the reinforcing element relative to the first substrate and thus increases the positional stability of the
  • the reinforcing element and the fixing element are mechanically connected to one another in order to be able to ensure the most stable possible force coupling.
  • the fixing element is preferably clamped between the base stack and the second substrate.
  • suitable receiving grooves - for example in the second substrate it is possible to ensure a suitable contact between the base stack and the second substrate, in spite of the interposed or clamped fixing element.
  • the fixing element is produced during the production of the reinforcing element, whereby additional manufacturing steps can be saved.
  • Produced support structures wherein the production of the support structure is such that the support structure protects the support area, in particular the support surface of the first substrate and / or acts as a spacer between the first substrate and the second substrate.
  • the on-area is the area of the first substrate, which during the process no deflection, in particular not by deformation, learns or is supported directly or indirectly by the second substrate.
  • Direct support is when the first substrate and the second substrate are brought into contact with each other.
  • one or more layers or layer sequences are arranged between the first substrate and the second substrate.
  • the bearing surface is the surface of the bearing area which faces the second substrate.
  • the contact surface of the first substrate preferably forms the contact surface of the cover and thus the surface of the cover which is provided for the contact or the connection of the cover to the carrier substrate.
  • Carrier substrate plane and the substrate planes of the first substrate preferably arranged in parallel.
  • high surface quality of the first substrate can be preserved or one or more high-quality surface areas of the support structure during the process step of heating and deformation on the molded first substrate and so one or more bearing areas, in particular bearing surfaces and thus potential contact surfaces of the optical component to be produced, be realized with high surface quality.
  • Such high quality surface areas with, for example, low roughness and high flatness allow the use of sophisticated joining techniques, such as anodic
  • Bonding that results in stable connections between the optical component, e.g. a lid, and make the carrier substrate.
  • the support structure is preferably realized by at least one layer or layer sequence, which is applied or arranged on the first substrate.
  • the layer thickness of the layer (s) By varying the layer thickness of the layer (s), the distance between the first substrate and the second substrate can be adjusted so that the support structure preferably acts as a spacer.
  • a flexible adaptation of the method for realizing different deformation-induced deflection amplitudes of the first substrate or differently deeper first depressions in the first substrate is made possible.
  • the at least one support structure is preferred as the at least one
  • the support structure can be applied, for example, by a coating applied to the first substrate, in particular
  • deposited, and structured layer can be realized.
  • each reinforcing element is arranged on both substrate sides of the first substrate, wherein opposing reinforcing elements preferably at least partially overlap.
  • the areas of the first substrate covered by them are stabilized particularly well and protected against deformation.
  • the at least one reinforcing element is arranged on the first substrate such that tilting of the region of the first substrate covered by this reinforcing element is assisted during heating and deformation. This is achieved, in particular, in that at least one of the reinforcing elements is not arranged centrically in the deflection region of the first substrate.
  • the deflection region is not, in particular during the heating and deformation, not, in particular not supported by the second substrate, supported area of the first substrate, which is located between the support areas.
  • a deflection region can be divided into the region of the first substrate covered by the reinforcing element and the deformation region of the first substrate.
  • Deformation region in turn represents the region of the first substrate, which ensures by its change in shape a deflection, in particular a displacement and / or tilting of the area covered by the reinforcing element of the first substrate.
  • Displacement range can be with an equal distribution of force over the
  • Reinforcement element covered region of the first substrate favors.
  • deflection range is understood to mean that the distance of the reinforcing element in at least one direction is not at all to the
  • Deflection region adjacent support areas is the same size. Accordingly, for a non-centric force on the deflection region, the distance of the point of application of the resultant force in at least one direction is not the same for all contact regions adjoining the deflection region. In a non-centric resulting force on a reinforcing element, the distance of the point of application to the edges of the reinforcing element in at least one direction is not the same size.
  • the base stack is brought into contact with the second substrate in order to support the first substrate in the support region and to provide a stable substrate To ensure power absorption in this area.
  • the second substrate and / or the reinforcing element serve as a deflection limit.
  • the contacting of the base stack with the second substrate is preferably carried out such that at least one cavity between the second substrate and the base stack by a preferably formed third recess in the second substrate and / or a preferably formed first recess in the first substrate and / or by the support structure is formed.
  • this cavity includes at least one reinforcing element.
  • Deflection region of the first substrate and the second substrate are prevented from heating and deforming. Such contact could be for adhering the deflection region of the first substrate to the second substrate, e.g. also indirectly by adhesion of the arranged on the first substrate reinforcing element on the second substrate, lead and deformation-induced deflection of the first substrate in the deflection region, in particular a displacement and / or tilting of the covered by the reinforcing member portion of the first substrate, prevent or complicate.
  • Ambient pressure in particular the atmospheric air pressure generated. Since the cavity is delimited at least by a part of the deflection region of the first substrate, force effects for promoting the deformation process can be generated by a pressure generated in the cavity, which is below or above the ambient pressure.
  • the ambient pressure preferably corresponds to the atmospheric air pressure, and the pressure values in the cavity are then preferably between about 750 mbar and about 900 mbar or between about 1200 mbar and about 1350 mbar and can
  • the bonding process at certain pressures, certain pressure values can be created in the cavities.
  • the pressure values during the bonding process for example, the anodic bonding at 400 ° C, between about 500 mbar and about 600 mbar or between about 800 mbar and about 900 mbar.
  • the first substrate is brought to a temperature of between about 750 ° C and about 900 ° C during the heating and forming step - resulting from the higher temperature
  • Pressure ranges in the cavity pressures of about 750 mbar to about 900 mbar or about 1200 mbar to 1 350 mbar. Since the cavity is preferably closed hermetically sealed from the environment, these pressure values remain without further energy supply, for example for the operation of a
  • Vacuum pump or pump over a longer period and thus obtained in particular for the deformation or shaping.
  • connection between the base stack and the second substrate is realized by anodic bonding and / or thermal bonding.
  • the flow properties of the first substrate in particular in the vicinity and above the
  • Softening point softening point
  • melting temperature exploited.
  • the advantage of this type of shaping, also referred to as glass flow, compared with other shaping or embossing methods, such as glass deep-drawing or glass embossing (for example, blank pressing), is, in particular, that in particular optical components, for example with substrate or wafer expansions, in particular substrate or wafer diameters greater than or equal to 80 mm, in particular greater than or equal to 1 50 mm, particularly preferably greater than or equal to 300 mm, with high surface quality, in particular less
  • the starting substrate is made of glass
  • the starting substrate is made of glass
  • the shaped substrates are roughened, such as in glass thermoforming, and can
  • the method of heating and deforming the first substrate is such that at least part of the region of the first substrate covered by the at least one reinforcing element shifts and / or tilts,
  • Reinforcement element is brought into contact.
  • the deformation region of the first substrate preferably the deflection region, particularly preferably the entire first substrate, onto a
  • Temperature preferably between the softening temperature minus 1 50 ° C and the softening temperature plus 100 ° C of the material of the first substrate, preferably the material of the deflection region, in particular the material of the deformation region, preferably between about 750 ° C and about 900 ° C, lies.
  • the corresponding material has particularly favorable deformation properties, in particular with regard to viscosity.
  • Littleton temperature or Littleton point is determined by a method of Littleton. This is a material thread (for example, a glass thread) with a
  • the Deflection range in the deflection range, in particular in the deformation range, deformed.
  • the deformation of the deformation region makes it possible to displace and / or tilt at least part of the covered region of the first substrate formed when the base stack is produced, which is stabilized by the reinforcing element or protected against deformation.
  • the reinforcing member Upon heating and deforming the first substrate such that a portion of the first substrate is brought into contact with the reinforcing member, at least a portion of the reinforcing member is spaced from the first substrate (e.g., Fig. 7.1).
  • the first substrate e.g., Fig. 7.1
  • the surface region of the reinforcing element brought into contact with the first substrate which in particular has a low roughness and flatness deviation, is shaped onto the first substrate and thus produces a high-quality optical region in the first substrate.
  • At least partial regions of the regions of the first substrate and of the reinforcing element brought into contact with one another by the heating and deformation are preferably connected to one another, in particular connected in a materially bonded manner. Such a compound is in particular by thermal Bonding achieved. This will be a particularly effective molding of the
  • the deflection region is identical to the deformation region of the first substrate.
  • the deflection region can consist of the deformation region and a region of the first substrate which is not intended for the deformation. In this case, local heating of the
  • Deformation region a deflection of the not intended for the deformation region of the first substrate and thus ensures contacting of this region of the first substrate with the reinforcing element.
  • the result is a shifted and / or inclined region in the first substrate.
  • the step of heating and deforming is preferably timed or until the contact of the first substrate and / or the reinforcing element with a deflection limit, for example, the maximum desired
  • Deformation-limited deflection limited for example, a reinforcing element and / or the second substrate, in particular the bottom surface of the third recess serve.
  • the deformation of the first substrate may preferably be due to the self-weight force of the reinforcing element and / or the first substrate, in particular of the area covered by the reinforcing element of the first substrate, and / or by an externally applied force.
  • An externally applied force may conveniently be applied to a mechanical, e.g. pneumatic, and / or magnetic and / or electrical and / or
  • the force introduced from the outside is brought about by a pressure difference between the two substrate sides of the first substrate, in particular in the deflection region.
  • the first substrate or the base stack must not with another object, such as a
  • Embossing tool be brought into contact, causing a reduction in quality of
  • the heating and deformation can be carried out until a change in volume of the cavity caused by the shaping of the first substrate leads to a pressure in the cavity which corresponds to the ambient pressure.
  • Specially designed shaping devices are also suitable for introducing a force.
  • the introduced force can act both centric and non-centric with respect to the reinforcing element and / or the deflection region.
  • a force profile which is uniformly distributed over the deflection region results in a force which is centric with respect to the deflection region, whereby, in the case of a centric arrangement of the reinforcing element in the deflection region
  • Moving the covered area of the first substrate can be achieved. Tilting of the region of the first substrate covered by the reinforcing element can in this case be achieved by a non-centric arrangement of the reinforcing element in the deflection region (for example Fig. 3d).
  • Substrate can be achieved by a non-concentric with respect to the reinforcing element force.
  • Particularly advantageous and effective for ensuring an inclination is both a non-centric arrangement of the reinforcing element and a non-concentric with respect to the reinforcing element force.
  • tilting of the first substrate or portion of the first substrate covered by the reinforcing member may be effected by an inclined portion in the second substrate (e.g., Figs. 6-6.1).
  • a direct or indirect contact eg caused by one or more intermediate reinforcing elements, which could lead to sticking, be prevented.
  • a direct or indirect contact eg caused by one or more intermediate reinforcing elements
  • Reinforcing element, the first substrate and / or the second substrate prepared such that a connection between the deflection region of the first substrate and the second substrate is prevented. This can be done by different
  • Suitable coating materials are, for example, platinum, NiAl alloy (for example, 50% Ni and 50% Al alloy), graphite and boron nitride.
  • An alternative to the method according to the invention as claimed in claim 1 is the method according to the invention as claimed in claim 2, which also serves to produce optical components and has the following steps:
  • Provision of a first and a second substrate and the provision of at least one reinforcing element - the method according to the invention according to claim 1 are equivalent to the first two steps of the method according to claim 2.
  • the stack of reinforcing element and second substrate is hereinafter referred to as
  • the provided first substrate at least one further
  • Reinforcing element wherein the further reinforcing element covers a portion of the first substrate (covered area) and the first substrate and the further reinforcing element form a further stack (further base stack), which is brought into contact with the base stack in the step of contacting, and wherein the
  • heating and deformation of the first substrate takes place in such a way that at least part of the region of the first substrate covered by the further reinforcing element shifts and / or inclines (eg, FIG. 6.3), and / or that a region of the first substrate with the further reinforcing element is brought into contact (eg Fig. 8.4).
  • an advantage of this embodiment is that the first substrate need not be turned during the process and still provide support (e.g., stabilization, impression) of both substrate sides of the first substrate
  • Reinforcement elements is ensured. This is important, for example, if the reinforcing element on the first substrate has a positive fit, e.g. in a
  • the further reinforcing element can be arranged on the substrate side of the first substrate facing away from the second substrate after contacting the further base stack with the base stack, and the at least one
  • Reinforcing element is disposed on the second substrate.
  • the portion of the first substrate covered by the further reinforcing member is inclined and / or displaced, for example, and the surface portion of the covered portion of the first substrate facing the second substrate is brought into contact with the at least one reinforcing member so that, as a result, a region of the first substrate supported on both sides by reinforcing elements can be produced (eg, FIG. 6.3). This can be done realize high quality surfaces of the covered area of the first substrate on both sides of the substrate.
  • first substrate that is outside the area of the first substrate covered by the further reinforcing member may be brought into contact with the at least one reinforcing member by the step of heating and deforming, while the other
  • Reinforced element covered region of the first substrate is inclined and / or moved (for example, Fig. 8.2a).
  • a plurality of optical areas for example a plurality of optical windows, can be produced by the same step of heating and deforming.
  • Reinforcing element such that the further reinforcing element is provided by separating from a reinforcing substrate and disposed on the first substrate and / or that on the first substrate, a reinforcing layer is applied, which is patterned to produce the further reinforcing element.
  • the first substrate with the further reinforcing element can be produced by applying at least one reinforcing layer to the first substrate and structuring this reinforcing layer to produce the further reinforcing element.
  • the reinforcing layer can be applied to the first substrate by means of a deposition method, for example, and / or the reinforcing layer is formed by the
  • the reinforcing layer in particular the further reinforcing element, preferably consists of a semiconductive material or preferably contains a semiconductive material at least in some areas.
  • silicon layers in particular polysilicon layers, and / or a semiconductor wafer, preferably a silicon wafer, as the further substrate, to use the mature and readily controllable Processes of semiconductor technology, in particular the silicon technology to use.
  • the first substrate and the reinforcing layer are preferably bonded together in a material-locking manner, in order to ensure a high positional stability of the reinforcing layer with respect to the first substrate.
  • all suitable techniques can generally be used, such as, for example, deposition, gluing, soldering or bonding.
  • the application of the reinforcing layer to the first substrate is expediently such that a displacement and / or twisting of the reinforcing layer relative to the first substrate is reduced or prevented.
  • a polysilicon layer is preferably used as the reinforcing layer by means of CVD,
  • hot-wire CVD or PECVD, or PVD e.g., sputtering
  • PECVD PECVD
  • PVD PVD
  • the reinforcement layer for example a silicon wafer
  • the reinforcement layer may be applied to or bonded to the first substrate by anodic bonding and / or thermal bonding.
  • these bonding methods are often used bonding techniques that are too stable
  • the reinforcing layer has at least one second recess at least on the layer side which is associated with the first substrate. This second recess is intended to make contact between the first substrate and the reinforcing layer in certain areas of the first substrate
  • Such regions to be preserved are in particular the regions of the first substrate which are not provided with the reinforcing element or are not brought into contact with the reinforcing element.
  • the second recesses in the at least one reinforcing layer preferably have depths of about 0.5 pm to about 1 pm.
  • the structuring of the reinforcing layer to produce at least one further reinforcing element takes place in such a way that a deformation of the regions of the first substrate which function, for example, as optical windows, is reduced or prevented.
  • the reinforcing layer at least partially covers or covers the regions of the first substrate which function, for example, as optical windows.
  • the areas of the reinforcing layer that do not act as reinforcing elements can be removed, for example, by wet and / or dry chemical etching.
  • the additional material of the further reinforcing elements stabilizes and protects the covered areas of the first substrate and counteracts deformation.
  • the high flatness, plane parallelism and low surface roughness which is preferably present when the first substrate is provided, can be obtained, which is the basis for high-quality optical windows, and also surfaces - in particular transmission surfaces which are not accessible for subsequent processing (for example a polishing step). realize with a high surface quality.
  • a stack (basic stack) is produced by arranging the at least one reinforcing element on the second substrate.
  • the arrangement of the reinforcing element on the second substrate can for example be done with a vacuum handler (vacuum suction), a gripper (Collet) or a pickup tool (combination vacuum suction and gripper), the positionally accurate and precise arrangement of the reinforcing element on the second substrate
  • the first substrate is not exposed to process steps associated with the assembly (e.g., deposition, etching, bonding processes), such as the
  • the reinforcing element is preferably arranged on a surface region of the second substrate, which faces the deflection region of the first substrate after the first substrate has been brought into contact with the base stack.
  • the reinforcing element is in particular arranged in a third depression, preferably on the bottom of the third depression, and / or in a passage of the second substrate.
  • Reinforcement element on the second substrate, the second substrate and the reinforcing element are preferably connected to one another positively and / or materially, in particular by gluing, soldering or bonding, in order to ensure a high positional stability of the reinforcing element relative to the second substrate.
  • a positive connection can be realized by arranging the at least one reinforcing element in a preferably formed alignment recess of the second substrate, which is designed to accommodate the reinforcing element.
  • no additional bonding substances e.g., adhesive
  • bonding steps e.g., bonding
  • the at least one reinforcing element at least one
  • Fixing element or with at least one fixing element in mutual operative relationship are.
  • the fixing element reduces or prevents, in particular after contacting the further base stack or the first substrate with the base stack, in particular the second substrate, a displacement and / or rotation of the at least one reinforcing element relative to the second substrate and thus increases the positional stability of the reinforcing element.
  • the reinforcing element and the fixing element are mechanically connected to one another in order to be able to ensure the most stable possible force coupling.
  • the fixing element is preferably clamped between the further base stack or the first substrate and the base stack, in particular the second substrate.
  • the fixing element can ensure a proper contact between the other base stack or the first substrate and the basic stack.
  • the fixing element in the step of arranging the reinforcing element on the second substrate to the second substrate materially connected, in particular by means of thermal or anodic bonding, whereby a particularly stable connection and thus a particularly good positional stability of the reinforcing element can be ensured.
  • the reinforcing element is disposed on a surface region of the second substrate, which is formed inclined with respect to at least one substrate plane of the second substrate or at least one substrate plane of the first substrate after the step of contacting the base stack with the first substrate or the further base stack.
  • the step of heating and deforming one supported by the reinforcing member produce inclined region of the first substrate (eg, Fig. 6.1).
  • the reinforcing element has the inclined
  • Surface region of the second substrate preferably has a Justierverianaung.
  • the reinforcing element is wedge-shaped in order to ensure, on a non-inclined surface region of the second substrate after the reinforcement element has been arranged, an inclined surface for supporting the first substrate and thus the generation of an inclined region in the first substrate.
  • the flexibility of the method can be increased, since only different wedge-shaped reinforcing elements have to be provided and arranged on the second substrate in order to realize differently inclined regions in the first substrate.
  • the second substrate can thus be used independently of the reinforcing elements used and need not be replaced by corresponding to the requirements (required inclination) adapted second substrates.
  • At least one reinforcing element is arranged on both substrate sides of the second substrate, as a result of which the second substrate or the base stack thus produced can receive or be brought into contact with each of its substrate sides with a first substrate or another base stack.
  • two first substrates can be processed in parallel or heated and deformed, whereby a cost reduction can be achieved.
  • the first substrate or the further base stack is brought into contact with the basic stack in order to support the first substrate in the support areas as described and to ensure a stable absorption of force in these areas.
  • the second substrate and / or the reinforcing element serve as a deflection limit.
  • Base stack preferably such that a cavity between the other
  • Base stack in particular the first substrate, and the base stack, in particular the second substrate, is formed.
  • the production of the base stack and its contacting with the first substrate or the further base stack takes place such that the at least one reinforcing element at least partially between the first and the second substrate, in particular at least partially on the first
  • Substrate-facing substrate side of the second substrate is disposed.
  • the arrangement of the reinforcing element between the first and second substrate means according to the invention that the reinforcing element is at least partially disposed on the substrate side facing the first substrate of the second substrate and / or at least partially in a passage or recess of the second substrate.
  • the reinforcing element can be positioned particularly advantageously with respect to the first substrate, which makes the method more flexible and less expensive.
  • the reinforcing element is preferably not arranged on the substrate side of the second substrate facing away from the first substrate, which has the advantage in connection with an arrangement of the reinforcing element on the substrate side of the second substrate facing the first substrate and / or in a passage or recess of the second substrate, that in a preferred present connection of the reinforcing element to the first substrate after heating and deforming a lifting of the first substrate and its associated reinforcing element from the second substrate is possible and no complex processes for removing the second substrate must be driven.
  • the second substrate can then be reused, for example, without regenerative measures.
  • An arrangement of the reinforcing element between the first and second substrate may alternatively be carried out during the process of heating and deforming.
  • the foregoing embodiments of the inventive method of claim 1 relating to heating and deforming the first substrate are equivalent to heating and deforming the first substrate according to the inventive method of claim 2, wherein in this equivalent approach, the base stack or reinforcing element according to the method according to claim 1 by the further base stack or the other
  • Reinforcement element according to the method of claim 3 are to be replaced.
  • the method step of heating and deforming the first substrate is such that a region of the first substrate is brought into contact with the at least one reinforcing element, wherein at least a part of the reinforcing element is arranged at a distance from the first substrate.
  • a region of the first substrate is brought into contact with the reinforcing element, in particular the spaced-apart part of the reinforcing element.
  • the surface region of the reinforcing element which has been brought into contact with the first substrate and has, for example, a high surface quality with low roughness and low flatness deviation, is molded onto the first substrate, thus producing a high-quality optical region in the first substrate.
  • This has the advantage that the surface quality requirements of the corresponding substrate side (s) of the provided first substrate may be lower, thereby obviating a possibly necessary processing step, e.g. the polishing, can be omitted.
  • the deflection region is identical to the deformation region of the first substrate.
  • the deflection region can consist of the deformation region and a region of the first substrate which is not intended for the deformation. In this case, local heating of the
  • Deformation region a deflection of the not intended for the deformation region of the first substrate and thus ensures contacting of this region of the first substrate with the reinforcing element.
  • the result is a shifted and / or inclined region in the first substrate.
  • At least partial regions of the regions of the first substrate and the reinforcing element brought into contact with one another by the heating and deformation are connected to one another, in particular cohesively connected.
  • Such a compound is preferably achieved by thermal bonding. This will be a particularly effective molding of the
  • Guaranteed surface area or the surface structure of the reinforcing member to the first substrate and the reinforcing member can be removed after heating and deforming together with the first substrate from the second substrate. After removing the reinforcing member from the first substrate, the reinforcing member and the second substrate may then preferably
  • the at least one reinforcing element, the at least one further reinforcing element, the at least one support structure and / or the at least one fixing element hereinafter referred to as
  • the removal takes place such that at least one of
  • Auxiliary elements can be reused and used multiple times, whereby the efficiency of the process can be increased and the production cost or production costs can be reduced.
  • auxiliary elements has a sacrificial layer at least in the region / s which is associated with the first substrate, which is removed after the first substrate has been deformed to release the auxiliary element.
  • the sacrificial layer can first be applied and patterned on the first substrate, wherein the auxiliary elements are then arranged on the sacrificial layer and thus on the first substrate in a subsequent method step.
  • a preferred sacrificial layer contains or consists of silicon, germanium, zinc oxide, molybdenum and / or tungsten.
  • materials such as e.g. high melting temperature or high temperature resistant glasses (e.g., Corning Eagle XG®, Corning Lotus Glass®, Schott AF32®) which, when directly bonded to the first substrate, are subject to the first or completed substrate
  • Reinforcement element or the further reinforcing element remains on the first substrate or the finished optical component.
  • the at least one second substrate is preferably completely removed after deformation. In some cases, however, the on the second substrate to
  • Anti-reflection coating an antistatic coating, a reflective coating and / or an absorbent coating, and / or provided functional surface structures, whereby the functionality of the optical component can be improved.
  • Preferred finishing coatings are antireflective coatings, e.g. Reflections on a cover, in particular on the optical windows, and thus further reduce radiation losses.
  • Such antireflection coatings can be realized, for example, by layer systems of magnesium fluoride and titanium oxide, or silicon dioxide and titanium oxide.
  • antistatic coatings that minimize electrical charging of the optical component are preferably used.
  • ITO indium tin oxide
  • reflective coatings for example metal layers
  • Structuring locally reflective areas form, for example, to spatially limit an incident light beam (aperture function) or to form a static deflection mirror in the vicinity of the optical windows.
  • Preferred finishing coatings are further
  • Absorption coatings that absorb electromagnetic radiation of specific wavelengths or entire wavelength ranges.
  • Antireflection is particularly advantageous when a coating proves to be unsuitable for liability reasons.
  • Moth-eye structures can be formed on the surfaces of the first substrate, for example, by embossing techniques after molding the first substrate.
  • embossing techniques after molding the first substrate.
  • the embossing of such structures in inclined and / or shifted surfaces is extremely problematic.
  • moth-eye structures can be made by utilizing the flow characteristics of the first substrate.
  • moth-eye structures are produced as functional surface structures in such a way that prior to arranging and / or contacting the at least one reinforcing element and / or the other
  • Moth eye structures is provided and after arranging and or or
  • the moth-eye structures on the first and / or second substrate side of the first substrate are produced by the negative mold in the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element on the first and / or second substrate side of the first substrate, in particular on the
  • Transmission surfaces of the optical window is molded.
  • the first substrate flows into the through the negative mold in the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element predetermined hollow shapes, whereby the corresponding surface geometry is formed.
  • the shaping of the first substrate and the generation of the moth-eye structures can also take place separately in time or in succession in independent steps.
  • the finishing coating is produced in such a way that at least the region of the at least one reinforcing element and / or of the further reinforcing element, before arranging and / or contacting the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element on / with the first substrate, which is brought into contact with the first substrate, is provided with the finishing coating and then a connection between the first substrate and the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element is produced by a connection between the finishing coating and the first substrate or Arranging and / or bringing the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element into contact with the first substrate
  • Finishing coating is applied to the first substrate and then the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element is arranged on / with the finishing coating and / or brought into contact, after the deforming step, the at least one reinforcing element and / or the further reinforcing element at least partially removed and the finishing coating remains on the first substrate, in particular on the optical windows.
  • the finishing coating is applied to the first substrate prior to the deformation of the first substrate, a homogeneous finishing coating with small tolerances in the thickness of the individual layers of the finishing coating can be realized, in particular on inclined optical areas, such as inclined optical windows.
  • a broadband anti-reflection coating produced according to this embodiment could for example be based on a layer sequence of silicon oxide and silicon nitride.
  • the silicon oxide layer is first applied to the reinforcing element, for example of silicon.
  • the silicon nitride layer is applied to the silicon oxide layer.
  • the laminate of the reinforcing element, silicon oxide layer and silicon nitride layer is bonded to the first substrate by bringing the silicon nitride layer into contact with the first substrate.
  • selective removal of the reinforcing element remains a layer sequence of the first substrate, silicon nitride layer and silicon oxide layer and thus one with a
  • Consist of anti-reflective coating provided first substrate.
  • silicon nitride titanium dioxide can alternatively be used.
  • Surface structures for example a combination of antistatic coating and moth-eye structures, can effect improvements in the functionality of the optical component.
  • FIG. 2 shows a cover 22 produced by the method according to the invention with inclined optical windows 8 and displaced optical windows 30 and their use for encapsulating a micromirror 25.
  • Fig. 3 shows the sequence of steps of a process variant for producing a lid 22 with inclined optical windows 8 according to the inventive method
  • Claim 1. 4 shows the sequence of steps of a process variant for producing a cover 22 with inclined optical windows 8 according to the method according to the invention
  • Fig. 5-5.4 shows the sequence of steps of other process variants for the production of a
  • Fig. 6-6.3 shows the sequence of steps of other process variants for producing a
  • Fig. 7-7.3 shows the sequence of steps of other process variants for producing a
  • Fig. 8-8.4 shows the sequence of steps of other process variants for the production of a
  • Cover 22 with two inclined 8 and a shifted optical window 30 in a deflection region 21 according to the inventive method according to claim 1 (Fig. 8, 8.4) and claim 2 or 3 (Fig. 8.1 -8.4).
  • 9-9.1 shows the use of fixing elements 16.
  • FIG. 10 shows the introduction of a force due to a mechanical interaction by means of shaping devices 18.
  • 1 1 shows the sequence of steps of a process variant for producing a cover 22 with displaced and inclined optical windows 32 with moth-eye structures as a functional surface structure.
  • FIG. 12 shows the sequence of steps of a process variant for the production of a non-integral lid 22 with inclined optical windows 8.
  • FIG. 2 a shows a cover 22 produced with the method according to the invention with inclined optical windows 8 or the detail of a glass wafer structured or shaped according to the method according to the invention, which can be used to encapsulate an entire silicon wafer.
  • the output is formed on both sides by a planar, plane-parallel substrate planes 1 a, 1 b exhibiting glass wafer 1 made of borosilicate glass. Both wafer sides or wafer planes 1 a, 1 b are made polished to ensure a low surface roughness and thus a high quality of the inclined optical window 8.
  • the inclined optical windows 8 are arranged in a two-dimensional array and generally have an inclination of between about 5 ° and about 20 °, preferably about 15 °, with respect to the circumferential contact surfaces 23.
  • the circumferential contact surfaces 23 are arranged frame-shaped closed around each inclined optical window 8 and executed flat.
  • Correspondingly dimensioned frame-shaped closed planar surfaces are provided on the carrier substrate or carrier wafer 24 as mating contact surfaces, so that a hermetically sealed connection to the environment is made possible.
  • the inclined optical windows 8 are provided on both sides with an anti-reflection coating of a layer system of silicon dioxide and titanium oxide.
  • FIGS. 2b-2e each show two variants of use of a cover 22 with an inclined optical window 8 and a shifted optical window 30
  • FIGS. 3-3g show the sequence of steps of a process variant for producing a cover 22 with inclined optical windows 8 according to the method according to claim 1.
  • the first substrate 1 provided for the beginning of the process is a glass wafer made of borosilicate glass having bilaterally planar, plane-parallel substrate planes 1 a, 1 b, which preferably has a thickness of between about 500 ⁇ m and about 1000 ⁇ m, in this case 725 ⁇ m. Both wafer sides or wafer planes 1 a, 1 b of the
  • Glass wafers 1 are polished and thus have a high surface quality with a surface roughness of about 25 nm.
  • reinforcing elements 4 made of silicon which consist of a
  • Silicon wafers 4a were sawn ( Figure 3).
  • the reinforcing elements 4 preferably have a thickness between about 100 pm and about 300 pm, in this case 200 m, and are arranged or positioned by vacuum handler 3 on one of the substrate sides 1 a, 1 b of the glass wafer 1, whereby the base stack 7 is formed (Fig. 3a).
  • Reinforcing elements 4 connected by anodic bonding with the glass wafer 1. With the other substrate side 1 a, 1 b of the glass wafer 1 is moved equivalently, so that on both substrate sides 1 a, 1 b of the glass wafer 1 reinforcing elements 4 are arranged, which are in communication with the glass wafer 1.
  • the receiving recesses 37 in the receiving substrate 2 are previously produced by means of a dry-chemical etching process and are recessed in such a way that the reinforcing elements 4 in their end position on the receiving substrate 2 protrude beyond the boundary surfaces 36 of the receiving substrate 2 (FIG. 3b). Also in this case, only one substrate side 1 a, 1 b of the glass wafer 1 is processed, that is, the reinforcing elements 4 are arranged in the receiving substrate 2 and then connected to the glass wafer 1 (FIG. 3 b), and then the second substrate side 1 a, 1 b of the glass wafer 1 processed in an equivalent manner. In this case, the base stack 7 formed by the processing of the first substrate side 1 a, 1 b of the glass wafer 1 is released by releasing the positive connection between
  • the reinforcing elements 4 are arranged in the regions of the glass wafer 1, which act as inclined optical windows 8.
  • a further silicon wafer with third recesses 6 is provided as the at least second substrate 5 and connected to the base stack 7, in particular to the glass wafer 1, by anodic bonding to form a layer system 12.
  • the base stack 7 and the silicon wafer 5 become one another arranged that form the third recesses 6 in the silicon wafer 5 after bonding with the base stack 7 to the environment hermetically sealed cavities 10 between the silicon wafer 5 and the base stack 7, which include the silicon wafer 5 facing reinforcing elements 4.
  • the base stack 7 and the silicon wafer 5 become one another arranged that form the third recesses 6 in the silicon wafer 5 after bonding with the base stack 7 to the environment hermetically sealed cavities 10 between the silicon wafer 5 and the base stack 7, which include the silicon wafer 5 facing reinforcing elements 4.
  • Reinforcement elements 4 are not arranged centrally in the deflection region 21 and thus between the support surfaces 1 1 and support areas 1 1 a. Contact between the reinforcing elements 4 and the silicon wafer 5 does not exist before heating and deformation, as shown in FIG. 3d.
  • the anodic bonding is carried out at temperatures of about 400 ° C and a pressure of about 600 mbar or about 800 mbar.
  • the layer system 12 of silicon wafer 5 and base stack 7 is first heated.
  • the layer system 12 is made of borosilicate glass, with a softening temperature of about 820 ° C.
  • Silicon wafer 5 and base stack 7 is heated to about 800 ° C. Due to the elevated temperature compared to the bonding process, the pressure in the cavities 10 increases from about 600 mbar to about 900 mbar or from about 800 mbar to about 1200 mbar. The corresponding prevailing negative pressure or overpressure in relation to the
  • Atmospheric atmospheric pressure leads to a glass substrate 1 in the third recesses 6 of the silicon wafer 5 or sucking out
  • the reinforcing elements 4 and the silicon wafer 5 are selectively removed from the glass wafer 1 in a wet-chemical manner (FIG. 3 g).
  • Reinforcing elements 4 on both substrate sides 1 a, 1 b of the glass wafer 1 is arranged and bonded to the glass wafer 1 by anodic bonding to produce a base stack 7.
  • the support structures 13 are arranged in the same process steps as the reinforcing elements 4 and connected to the glass wafer 1.
  • 1 support structures 1 3 are provided only on a substrate side 1 b of the glass wafer.
  • the reinforcing elements 4 are arranged in the regions of the glass wafer 1 which function as inclined optical windows 8.
  • the support structures 1 3 are in the areas of the glass wafer 1, as support surfaces 1 1 respectively
  • Support areas 1 1 a are provided, arranged (Fig. 4a).
  • the support structures 13 form a closed frame around a reinforcing element 4 arranged on the same substrate side 1b of the glass wafer 1 and serve to protect the
  • Support surfaces 1 1 of the glass wafer 1 in contact of the base stack 7 with the second substrate 5 are avoided, whereby the high flatness and low roughness of the bearing surfaces 1 1 regardless of Surface quality of the second substrate 5 can be obtained.
  • the reinforcing elements 4 are in turn not centric between the
  • Support surfaces 1 1 or support structures 13 arranged.
  • the second substrate 5 a substrate or tool is used which has third recesses 6.
  • the second substrate 5 is made of graphite or at least the mating contact surfaces 14 of the second substrate, which are provided for the contact with the base stack 7, are coated with graphite.
  • this graphite having second substrate 5 at least one channel 1 5, which ensures the connection of an external vacuum pump.
  • the support structures 13 of the base stack 7 and the graphite having second substrate 5 are brought into contact with each other such that the third recesses 6 in the second substrate 5 after contacting the base stack 7 to the environment final voids 10 between the second substrate 5 and the base stack 7 form, wherein the cavities 10 the
  • Include reinforcing elements 4, which are facing the second substrate 5 include and do not have to be hermetically sealed to the environment. Via the channels 1 5, a negative pressure in the cavities 10 is generated by means of an external vacuum pump (FIG. 4 b). The subsequent heating and shaping step is carried out as described in the previous process variant.
  • ambient pressure e.g., atmospheric air pressure
  • the base stack 7 can be lifted or separated from the second substrate 5, as shown in FIG. 4c.
  • Support structures 13 removed by wet chemical selective etching of the glass wafer 1 (Fig. 4d).
  • FIGS. 5-5.4 show how a lid 22 with shifted optical windows (shifted optical windows) 30 can be produced using the method according to the invention. These and the processes presented below are based on the process variants described above.
  • the reinforcing elements are provided in the manner already described and transferred at least to the second substrate or arranged on this.
  • a substrate or tool having third recesses 6 is used for the second substrate 5.
  • support structures 13 serve as spacers between the first 1 and the second substrate 5, so that a planar second
  • Substrate 5 can be used.
  • the glass wafer 1 (FIG. 5.1) and / or the second substrate 5 (FIGS. 5.2 and 5.4) have alignment recesses 5b, 5c. Thereby, the risk for a lateral displacement of the reinforcing elements 4 can be reduced.
  • a displacement or one of the substrate planes 1 a, 1 b parallel displacement of the covered by the reinforcing elements 4 areas 38 of the glass wafer 1 can by a central arrangement of the reinforcing elements 4 in the
  • the deformation step can take place until the reinforcing elements 4 or the glass wafer 1 rest on the bottom 31 of the third recesses 6 of the second substrate 5 or the reinforcing elements 4 arranged there.
  • reinforcing elements 4 made of silicon sawn from a reinforcing substrate 4a are arranged on the second substrate 5.
  • a glass wafer 1 is provided which has reinforcing elements 4 made of silicon.
  • the processing of this arrangement can be carried out, for example, such that a silicon wafer is provided as a reinforcing layer 4a, which on the with the
  • Glass wafer 1 to be brought in wafer side second recesses 4b.
  • the second recesses 4b are intended to be used when connecting glass wafers 1 and
  • Reinforcement elements 4 are provided to avoid contact between the glass wafer 1 and silicon wafers 4a, to these areas of the glass wafer 1 for more
  • the second recesses 4b have depths of about 0.7 pm.
  • the silicon wafer 4 a is connected to one of the substrate sides 1 a, 1 b of the glass wafer 1 to form another base stack 7.
  • the silicon wafer 4a of the further base stack 7 is structured by wet-chemical etching methods and / or dry etching methods such that silicon remains in the regions of the glass wafer 1 which function as optical windows 30 as reinforcing elements 4 (FIG. 5.4c).
  • the individual reinforcing elements 4 are completely surrounded or separated from one another by regions of the glass wafer 1 which have been freed from silicon.
  • a lid 22 can be produced with shifted and inclined running optical windows 32, as shown in Fig. 6-6.3.
  • Reinforcing elements 4 brought into contact.
  • the contacting leads due to the high heating temperature of eg 800 ° C by a thermal bonding process to a material connection between the glass wafer 1 and the
  • Reinforcing elements 4 are lifted from the second substrate 5. Due to this material-saving separation method, the second substrate 5 can be reused. After lifting the glass wafer 1 with the reinforcing elements 4 from the second substrate 5, the reinforcing elements 4 can be removed from the glass wafer 1 by means of wet-chemical selective etching.
  • the surface portions of the masked portions 38 of the glass wafer 1 on which no reinforcing members 4 are arranged and which have e.g. are provided as transmission surfaces 9 of the optical windows 32, are subjected to a further shaping process in order to obtain the e.g. surface quality impaired by the first shaping process, in particular
  • Flatness deviations such as e.g. Bulges, to improve, in particular to planarize.
  • reinforcing elements 4 which act in particular as impression elements, are arranged on a further, second substrate 5a, and the substrate side 1a of the glass wafer 1, which has no reinforcing elements 4, is arranged with the further second substrate 5a or on it
  • Substrate 5a arranged reinforcing elements 4 are brought into contact.
  • a following heating and deforming step of the glass wafer 1 leads to a molding of the surface regions of the reinforcing elements 4, which are arranged on the further second substrate 5a and face the glass wafer 1, onto the
  • a substrate side 1b of the glass wafer 1 can be provided with reinforcing elements 4 before being heated and deformed, and the other substrate side 1a of the glass wafer 1 becomes in the course heating and deformation are brought into contact with reinforcing elements 4 arranged on the second substrate 5.
  • regions of the glass wafer 1 that are supported on both sides by reinforcing elements 4 also form, which after removal of the reinforcing elements 4 a high
  • a plurality of displaced and / or inclined regions of the glass wafer 1 or optical windows 8, 30, 32 in a deflection region 21 can be realized by heating and deforming.
  • the adjustment recesses 5b in the glass wafer 1 can be reduced or disappear completely.
  • the reinforcing elements 4 and the support structures 13 are removed from the glass wafer 1 by wet-chemical selective etching.
  • reinforcing elements 4 are used, which have surface areas that are inclined to the substrate plane / n 1 a, 1 b or parts of the surface areas of the deflection regions of the glass wafer 1 prior to heating and deformation be formed and brought in the further course of the process with areas of the glass wafer 1 in contact. Due to the conditional by the reinforcing elements 4 guiding the deformation of the glass wafer 1 and / or the molding of the inclined surface areas of the Reinforcing elements 4 on the glass wafer 1, a support of the shape of the glass wafer 1 is ensured by the reinforcing elements 4.
  • the reinforcing elements 4 Due to the conditional by the reinforcing elements 4 guiding the deformation of the glass wafer 1 and / or the molding of the inclined surface areas of the Reinforcing elements 4 on the glass wafer 1, a support of the shape of the glass wafer 1 is ensured by the reinforcing elements 4.
  • Reinforcement elements 4 additionally have an area which acts as a fixing element 16 and / or as a support structure 13 (for example as a spacer).
  • 9-9.1 shows the use of fixing elements 16 in the manufacture of a cover 22 by the method according to claim 1.
  • Fixing elements 16 can be produced in the manufacture of the reinforcing elements 4.
  • the fixing elements 16 are clamped according to FIG. 9 between the surfaces to be joined and thus fixed.
  • the second substrate 5 is designed with receiving grooves 17 for the fixing elements 16 (FIG. 9b).
  • the reinforcing elements 4 can be connected via the fixing elements 16 to rigid or, in the course of the process, dimensionally stable regions of the first substrate 1 (FIG. 9.1b) and / or the second substrate 5 (FIG. 9.1b_1). Such a stable connection can be ensured by anodic or thermal bonding.
  • Fixing elements 16 covered areas 38 of the glass wafer 1 (Fig. 9c, 9.1 c_1).
  • the fixing elements 16 also act as support structures 1 3, which are used as spacers.
  • the deformation of the glass wafer 1 by a force consisting of a pressure difference between the ambient pressure and in the by the (further) base stack 7 or the glass wafer 1 and the second substrate. 5 or the base stack 7a trapped cavities 10 prevailing pressure results supported.
  • this force is replaced by a
  • Shaping device 18 is introduced with a punch element 19.
  • the stamp member 19 is aligned so that the force does not act centrally with respect to the reinforcing elements 4 and the deflection region 21
  • stop structures 20 which limit the maximum deflection of the punch member 19, applied to the glass wafer 1 or arranged.
  • These stop structures 20 may be in the form of one or more layers or
  • Layer sequences are applied to the glass wafer 1. By varying the thickness of the layers or layer sequences, the maximum deflection of the
  • Shaping process is completed as soon as the shaping device 18 comes into contact with the stop structures 20, as shown in Fig. 10b.
  • the stop structures 20 can, as described for the reinforcing elements 4 and / or support structures 13, arrange on the glass wafer 1 and with the
  • a further increase in the accuracy of the forming process can be achieved by a stamp member 19 having an inclined die surface ( Figure 10c) having the inclination desired for the optical windows 8.
  • the shaping device 18 may be designed so that it can be used multiple times; for example, by avoiding direct contact of the shaping device 18 with the glass wafer 1 (FIG. 10).
  • FIG. 1 1 shows the production of a lid 22 with shifted and inclined running optical windows 32, the one-sided with
  • Moth eye structures 40 are provided as a functional surface structure.
  • the reinforcing elements 4 are made of silicon before placing on the second substrate 5 on the side, which when heated and deformed with the
  • Glass wafer 1 is brought into contact, provided with a silicon dioxide layer.
  • the silicon dioxide layer is structured such that, as a result, the
  • the reinforcing elements 4 are subsequently arranged on the second substrate 5 by means of vacuum handlers 3 (FIG. 11b), so that the side of the reinforcing elements 4 which is provided with the moth-eye structures 40, after arranging the
  • Glass wafer 1 on the second substrate 5 to the glass wafer 1 faces.
  • Bonding process a cohesive connection between moth eye structures 40 and glass wafer 1 conditionally.
  • the silicon of the reinforcing elements 4 is removed, resulting in a cover 22 whose displaced and inclined windows 32 at least on one of the
  • Transmission surfaces 9 are provided with moth-eye structures 40 (FIG. 11 f). Based on the process variants described above, it is also possible to produce windows 8, 30, 32, in which both transmission surfaces 9 are provided with moth-eye structures.
  • the process variant according to FIG. 12 shows the production of a non-integral lid 22 with inclined optical windows 8.
  • the starting point is a glass wafer 1 made of borosilicate glass, which is provided with lead-throughs 6b.
  • the bushings 6b may be produced by drilling (e.g., ultrasonic, laser drilling).
  • the glass wafer 1 with a
  • Reinforcing substrate 4a made of high-temperature-resistant or higher-melting glass (eg Corning Eagle XG®, Corning Lotus Glass®, Schott AF32®) connected by a thermal bonding process.
  • the connection may also be made by an anodic bonding process, in which case on the side of the reinforcing substrate 4a to be joined to the glass wafer 1, before the joining step Silicon layer is deposited. After anodic bonding, this becomes
  • both substrate sides of the reinforcing substrate 4a are polished and plane-parallel.
  • the reinforcing substrate 4a has second recesses 4b which prevent contact of the saw 3a with the glass wafer 1 in the following sawing step for producing the reinforcing elements 4 (FIG. 12b).
  • the reinforcing substrate 4a has second recesses 4b which prevent contact of the saw 3a with the glass wafer 1 in the following sawing step for producing the reinforcing elements 4 (FIG. 12b).
  • Reinforcing elements 4 are produced (for example, by sawing) on the glass wafer 1 prior to placement and then placed on the glass wafer 1 by means of a vacuum handler 3.
  • the base stack 7 of glass wafer 1 and reinforcing elements 4 is arranged on a second substrate 5 made of graphite, which has third recesses 6 (FIG. 12d).
  • a displacement and / or tilting of the covered regions 38 of the glass wafer 1 is favored.
  • the reinforcing members 4 are made of higher melting glass than the glass wafer 1, their shape and structure are maintained during heating and deformation. Since the substrate sides of the reinforcing substrate 4a are made plane-parallel and polished, the reinforcing elements 4 remain on the glass wafer 1 and function as inclined optical windows 8 whose transmission surfaces 9 have a high surface quality, in particular a low flatness deviation and roughness.
  • first substrate e.g. glass wafer
  • stamp element e.g. with straight or oblique stamp surface

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung optischer Komponenten, insbesondere Deckeln zur Verkapselung von Mikro-Systemen, wobei auf einem ersten Substrat mindestens ein Verstärkungselement, das vor dem Anordnen hergestellt wird, angeordnet wird, wodurch ein Stapel erzeugt wird. Dieser Stapel wird nach dem Verbinden mit einem zweiten Substrat erwärmt, wodurch das erste Substrat derart verformt wird, dass sich mindestens ein durch das Verstärkungselement abgedeckter Bereich des ersten Substrats verschiebt und/oder neigt beziehungsweise das erste Substrat mit dem Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird. Bei einem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verstärkungselement auf dem zweiten Substrat angeordnet, wobei dieser Stapel dann mit dem ersten Substrat verbunden wird. Das erste Substrat wird im Folgenden derart erwärmt und verformt, dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird.

Description

Patentanmeldung: Verfahren zur Herstellung strukturierter optischer Komponenten
Anmelderin:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten optischen
Komponenten, insbesondere Deckeln zur Verkapselung von Mikro-Systemen, die insbesondere eine optische Funktion zu erfüllen haben.
Ein Deckel zur Verkapselung von Mikro-Systemen (z.B. MOEMS, MEMS), die
üblicherweise auf einem Trägersubstrat angeordnet sind, soll in der Regel mindestens einen Schutz gegen Verunreinigungen bieten und gleichzeitig die mechanische und/oder optische Funktionalität der Mikro-Systeme nicht beeinträchtigen. Sollte die Funktionalität der Mikro-Systeme nicht nur auf Bewegungen in der beziehungsweise parallel zur Trägersubstratebene beschränkt sein, sondern auch Bewegungen senkrecht zur
Trägersubstratebene vorsehen, muss ein Deckel den Mikro-Systemen üblicherweise entsprechende Bewegungsfreiheit gewährleisten. Dies erfordert
Strukturierungsverfahren, die z.B. eine hohe Oberflächenqualität der optisch
funktionalen Bereiche ermöglicht.
Stand der Technik
Sollen die Mikro-Systeme eine optische Funktion ausüben oder sollen bestimmte
Parameter oder physikalische Größen der Mikro-Systeme optisch gemessen werden - beispielsweise Bestimmung der Auslenkung mittels Interferometer oder durch
Auswertung von Videosequenzen - dann bedarf es in der Regel eines optisch
transparenten Deckels. (Fig. 1 a)
In der WO 2004/1068665 wird ein Wafer-Level-Packaging-Verfahren für MOEMS beschrieben, welches einen Deckel aus Glas vorsieht. Vor dem Verkapselungsprozess wird der Trägerwafer mit den MOEMS allerdings vereinzelt. Die daraus resultierenden separaten ungekapselten Chips (DIEs) werden auf einem neuen Substrat platziert, montiert, kontaktiert und erst anschließend gekapselt. Vertiefungen im Deckel können mit bekannten Präge- und Ätzverfahren und/oder durch den Einsatz von
Abstandshaltern, zum Beispiel aus Silizium, erzeugt werden. In der US6146917 wird ein Wafer-Level-Packaging-Verfahren für ME MS/MOE MS beschrieben, bei dem ein mit Vertiefungen versehener Deckelwafer aus Silizium oder Glas durch Fusions-Bonden oder Anodisches Bonden mit dem Trägerwafer verbunden wird, woraus ein hermetisch dichtes Gehäuse resultiert. Die Herstellung der
erforderlichen 50 bis 1 50 μιη tiefen Vertiefungen im Deckelwafer aus Silizium kann durch naßchemisches Ätzen mittels KOH-Lösung erfolgen.
In der US2005/0184304 wird ein Wafer-Level-Packaging-Verfahren zur Verkapselung von oberflächenmikromechanisch gefertigten Mikrospiegel-Arrays vorgestellt. Ein
Deckelwafer aus Glas besitzt Vertiefungen, die als optische Fenster dienen und auch über entsprechende Vergütungsschichten verfügen können. Die Vertiefungen im Deckelwafer können Tiefen von über 100 μιτι aufweisen und werden mit gängigen
Formgebungsverfahren, wie zum Beispiel Ätzen, Gießen oder Prägen, oder durch den Einsatz von Abstandshaltern erzeugt.
Allen aufgeführten Schriften ist gemein, dass die optischen Fenster des Deckels parallel zur Substratebene des Trägersubstrats (Trägersubstratebene), insbesondere Trägerwafers, und damit zu den darauf angeordneten MEMS/MOEMS ausgeführt sind. Im Stand der Technik werden des Weiteren Deckel mit Vertiefungen, die durch zur
Trägersubstratebene geneigt ausgeführte optische Fenster begrenzt sind, beschrieben.
Wie in der WO2007/069165 und in der US 7,948,667 beschrieben, kann durch geneigte optische Fenster eine Reflexionsausblendung (Fig. 1 b) erreicht werden. Nach der US2007/0024549A1 können auch Deckel mit geneigten optischen Fenstern gefertigt werden, die eine Verkapselung auf Wafer-Ebene ermöglichen. Die Formgebung des Deckels beziehungsweise die Realisierung der erforderlichen Vertiefungen erfolgt mit bekannten Präge- und Formgebungsverfahren.
Zu solchen Formgebungsverfahren zählen beispielsweise das Glastiefziehen und das Blankpressen. Insbesondere das Bankpressen wird auch zur Herstellung optischer Komponenten, wie zum Beispiel Linsen, eingesetzt; (siehe Bernd Bresseler,
" Mikroproduktion - Der Werkzeugbau als Maß der Dinge" auf der Internetseite http://MAw.aixtooling.de/index.html?content=/deM
sowie John Deegan Rochester Precision Optics " Precision Glass Molding Technical Brief " auf der Internetseite
http://www poptics om/Precision%20Glass%20Molding%20Technical%^
Optische Komponenten, die ebene beziehungsweise planparallelen Flächen aufweisen, wie zum Beispiel Spiegel beziehungsweise teildurchlässige Spiegel sowie Strahlteiler (Druckschriften Chuan Pu, Zuhua Zhu and Yu-Hwa Lo " Surface Micromachined
Integrated Optic Polarization Beam Splitter"; IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 10, NO. 7, JULY 1 998 sowie Lih Y. Lin and Evan L Goldstein " Micro-Electro- Mechanical Systems (MEMS) for WDM Optical-Crossconnect Networks " , IEEE 1999) werden in der Mikrosystemtechnik üblicherweise aus Silizium hergestellt. So lassen sich beispielsweise durch anisotrope nasschemische Ätzprozesse, zum Beispiel mittels KOH, geneigte Spiegel realisieren (Druckschrift Jenq-Yang Chang, Chih-Ming Wang, Chien- Chieh Lee, Hsi-Fu Shih and Mount-Learn Wu " Realization of Free-Space Optical Pickup Head With Stacked Si-Based Phase Elements" ; IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS).
In der Druckschrift Kyounggsik Yu, Daesung Lee, Uma Krishnamoorthy, Namkyoo Park and Olav Solgaard " Micromachined Fourier transform spectrometer on Silicon optical bench platform " ; Sensors and Actuators A130-131 (2006) 523-530 werden
mikrooptische Strahlteiler und geneigte Spiegel ebenfalls mittels verschiedener
Ätzverfahren hergestellt, wobei auf eine hohe Qualität, insbesondere auf eine geringe Rauigkeit, der optisch funktionalen Oberflächen verwiesen wird. Mittels nasschemischer KOH-Ätzung lassen sich in Silizium Oberflächen mit einer quadratischen
Oberflächenrauigkeit kleiner 20 nm erreichen. Allerdings können solche Oberflächen in Standardsiliziumwafern nur mit bestimmten Neigungswinkeln, die durch die
Kristallstuktur von Silizium vorgegeben sind, realisiert werden.
Die Herstellung entsprechender optischer Komponenten auf Basis von Glas, wie zum Beispiel Borsilikatglas, mittels Ätzverfahren führt in der Regel zu Oberflächen, deren Rauigkeit für optische Anwendungen nicht zufriedenstellend ist (siehe Druckschriften Xinghua Li, Takashi Abe, Masayoshi Esashi " Deep reactive ion etching of Pyrex glass using SF6 plasma " , Sensors and Actuators A87, 2001 , pp. 139-145 sowie Ciprian lliescu, Kwong Luck Tan, Francis E. H. Tay, Jianmin Miao " Deep Wet and Dry Etching of Pyrex Glass: A Review").
Ein Verfahren zur Herstellung von optischenKomponenten, insbesondere von Deckeln mit geneigten optischen Fenstern, wird zudem in der DE102008012384 beschrieben. Durch den Einsatz von Verstärkungselementen und mittels Glasfließens lassen sich die als optische Fenster fungierenden Bereiche geschützt und stabilisiert neigen, wodurch sich qualitativ hochwertige geneigte bzw. verschobene optische Fenster realisieren lassen. Ein Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass die Realisierung der Verstärkungselemente mit einem relativ hohen Materialaufwand verbunden ist, da große Bereiche der
Ausgangsschicht durch Ätzprozesse entfernt werden müssen.
Beschreibung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein kostengünstiges und flexibleres Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten, insbesondere Deckeln, mit verschobenen und/oder geneigten Bereichen und hoher Oberflächenqualität bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 beziehungsweise ein Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung optischer Komponenten, insbesondere eines Deckels, gelöst.
Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2 dienen der Herstellung optischer Komponenten, bei denen ein bestimmte/r Bereich/e
beziehungsweise Flächen, insbesondere Oberflächen, geneigt und/oder verschoben in Bezug auf mindestens eine Substratebene des ersten Substrats ausgeführt sind. Die optische Komponente weist mindestens ein optisches Element wie zum Beispiel ein optisches Fenster, einen Spiegel beziehungsweise teildurchlässigen Spiegel, einen Strahlteiler, ein Prisma und/oder einen Interferenzfiltern auf, oder die optische
Komponente besteht aus mindestens einem optischen Element. Die Oberfläche/n eines optischen Fensters, durch die die in der Anwendung eingesetzte Strahlung in das optische Fenster einfällt und/oder wieder ausgekoppelt wird, stellen die
Transmissionsfläche/n eines optischen Fensters dar.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise zur Herstellung eines Deckels mit einem oder mehreren optischen Fenstern zur Verkapselung von Mikro-Systemen, die insbesondere eine optische Funktion zu erfüllen haben und üblicherweise auf einem Trägersubstrat aufgebracht oder angeordnet sind, verwendet werden. Häufig findet als Trägersubstrat ein Siliziumwafer Anwendung, auf dem durch
oberflächenmikromechanische oder volumenmikromechanische Prozesse die zu verkapselnden Mikro- Systeme (z.B. MEMS, MOE S) erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung optischer
Komponenten, weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- Bereitstellen eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats,
- Bereitstellen mindestens eines Verstärkungselements durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat,
- Erzeugen eines Stapels durch Anordnen des mindestens einen
Verstärkungselements auf dem ersten Substrat, wodurch das
Verstärkungselement einen Bereich des ersten Substrats abdeckt,
- in Kontakt bringen des zweiten Substrats mit dem Stapel,
- Erwärmen und Verformen des ersten Substrats derart, dass sich zumindest ein Teil des durch das mindestens eine Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats verschiebt und/oder neigt,
und/oder dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem mindestens einen Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird.
Das erste Substrat stellt das Ausgangs- beziehungsweise Basissubstrat für die optische Komponente dar. Um eine hohe Qualität der optischen Komponente, insbesondere der Oberflächen, zu gewährleisten, sind die beiden Substratseiten des ersten Substrats bzw. deren Oberflächen, die die Ausgangsflächen z.B. für ein optisches Fenster bzw. dessen Transmissionsflächen darstellen, bevorzugt poliert ausgeführt. Entsprechend weisen die beiden Substratseiten bevorzugt eine quadratische Oberflächenrauigkeit kleiner gleich 25nm, bevorzugt kleiner gleich 1 5nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 5nm auf.
Vorzugsweise sind die beiden Substratseiten des ersten Substrats eben (planar) und/oder zueinander planparallel ausgeführt.
Um optischen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden, weisen die beiden Substratseiten des ersten Substrats bevorzugt eine Ebenheitsabweichung kleiner einem Viertel der Wellenlänge der in der Anwendung eingesetzten elektromagnetischen Strahlung auf, wobei besonders bevorzugt Wellenlängen vom ultravioletten bis in den infraroten Wellenlängenbereich (zum Beispiel zwischen etwa 200 nm und etwa 1 5 [im)
Anwendung finden. Demzufolge sind bei längerwelligem Licht, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 720 nm, Werte für die Ebenheitsabweichung kleiner 180 nm von Vorteil. Bei Verwendung von kürzerwelligem Licht mit Wellenlängen unter 440 nm steigen die Anforderungen an die Substratseiten, so dass Werte für die
Ebenheitsabweichung kleiner 1 1 0 nm bevorzugt werden.
Die Planparallelitätsabweichung der beiden Substratseiten des ersten Substrats weisen bevorzugt Werte kleiner 10 μιτι auf.
Mit solchen Oberflächeneigenschaften bietet das erste Substrat beste Voraussetzungen für eine optische Komponente, die beispielsweise geringere Abweichungen und eine geringere Strahlaufweitung des optischen Strahlenverlaufs, was zu einer geringeren Verfälschung der optischen Signale führt, verursacht.
Die Werte für die Ebenheits- und Planparallelitätsabweichung sowie für die quadratische Oberflächenrauigkeit wurden mittels interferometrischer Messmethode bestimmt. Für die Messungen wurde das Weißlicht- und Phaseninterferometer MicroMap 512 der Firma Atos oder VEECO Wyko NT 1 100 der Firma Veeco verwendet. Des Weiteren sollte das erste Substrat vorzugsweise eine homogene Materialstruktur aufweisen, um unerwünschte Brechungen und/oder Ablenkungen der Strahlung durch die aus dem ersten Substrat hergestellte optische Komponente zu vermeiden.
Eine Vielzahl von optischen Komponenten sollte zumindest in Teilbereichen,
üblicherweise in ihrer Gesamtheit, für die in der Anwendung eingesetzte
elektromagnetische Strahlung durchlässig sein. Bei den meisten optischen Anwendungen wird eine möglichst hohe Transparenz dieser für die in der Anwendung eingesetzte elektromagnetische Strahlung durchlässigen Bereiche gefordert, damit beispielsweise ein Laserstrahl möglichst unbeeinflusst das Mikro-System erreicht.
Entsprechend enthält das erste Substrat bevorzugt zumindest in einem Teilbereich Glas und/oder ein glasähnliches Material oder das erste Substrat besteht aus Glas und/oder einem glasähnlichen Material. Unter glasähnlichen Materialien werden erfindungsgemäß Stoffe verstanden, die wegen ihrer thermodynamischen Eigenschaften (amorpher Aufbau, Glasübergangstemperatur) Gläsern ähneln, obwohl sich ihre chemische Zusammensetzung von der der Silikatgläser unterscheidet. Als Beispiele seien hier die in der Chemie bekannten Kunstgläser oder organischen Vitroide wie
Polymethylmethacrylate (PMMA), Polycarbonat und Polystyrol genannt.
Besonders bevorzugte Gläser sind Silikatgläser, insbesondere Borsilikatgläser, da Borsilikatgläser sehr Chemikalien- und temperaturbeständig sind. Die
Temperaturbeständigkeit und Unempfindlichkeit der Borsilikatgläser gegen plötzliche Temperaturschwankungen sind eine Folge ihres geringen
Wärmeausdehnungskoeffizienten. Zudem ist der Transmissionsgrad insbesondere im für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich mit über 90% sehr hoch.
Neben ein oder mehreren ersten Substraten wird mindestens ein zweites Substrat bereitgestellt.
Bevorzugt enthält das zweite Substrat zumindest in Teilbereichen ein halbleitendes Material oder das zweite Substrat besteht aus einem halbleitenden Material.
Insbesondere Halbleiterwafer, bevorzugt Siliziumwafer, finden als zweites Substrat Verwendung, wodurch die ausgereiften und gut beherrschbaren Prozesse der
Halbleitertechnologie, insbesondere der Siliziumtechnologie, einsetzbar sind.
Das zweite Substrat - insbesondere der Bereich/e des zweiten Substrats, der mit dem Stapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement direkt oder indirekt (z.B. über Auf lagestrukturen) in Kontakt gebracht wird - enthält vorzugsweise
hochtemperaturbeständige Materialien, insbesondere Graphit, oder besteht daraus. Auf Grund einer geringen Neigung, sich mit dem ersten Substrat, insbesondere mit Glas, zu verbinden, und einer dadurch bedingten geringen Abnutzung lassen sich solche
Substrate mehrfach benutzen beziehungsweise über einen längeren Zeitraum einsetzen (längere Standzeit). Bevorzugt weist das zweite Substrat mindestens eine dritte Vertiefung auf, die vorzugsweise auf der Seite des zweiten Substrats ausgebildet ist, die mit dem Stapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird beziehungsweise die dem Stapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement, insbesondere dem ersten Substrat, beim Verfahrensschritt des Inkontaktbringens (des zweiten Substrats mit dem Stapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement) und/oder beim Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens zugewandt ist. Die dritte Vertiefung des zweiten
Substrats ist bevorzugt zwischen etwa 100 μιη und etwa 1000 μητι, besonders bevorzugt einige Millimeter, tief, so dass verformungsbedingte Auslenkungen des ersten Substrats und damit insbesondere die Tiefen der ersten Vertiefungen über einen weiten Bereich variierbar sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein Verstärkungselement durch Abtrennen von mindestens einem Verstärkungssubstrat bereitgestellt, wobei das Verstärkungssubstrat bevorzugt als Platte oder Wafer, insbesondere als Silizium- oder Glaswafer, ausgeführt ist. Dadurch lassen sich aus einem oder mehreren
Verstärkungssubstraten eine Vielzahl von Verstärkungselementen herstellen und die Bearbeitungsschritte für die Gewährleistung der gewünschten Stärke bzw. Dicke der Verstärkungselemente reduzieren beziehungsweise optimieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Verstärkungssubstrat und/oder das mindestens eine Verstärkungselement zumindest in Teilbereichen ein halbleitendes
Material oder das Verstärkungssubstrat und/oder das Verstärkungselement bestehen aus einem halbleitenden Material. Ein besonders bevorzugtes Material ist Silizium, da bei deren Verwendung die ausgereiften und gut beherrschbaren Prozesse der
Halbleitertechnologie, insbesondere der Siliziumtechnologie, eingesetzt werden können. Aber auch Gläser, die einen höheren Schmelzpunkt als das erste Substrat aufweisen (z.B. hochschmelzende Gläser), sind beispielsweise als Verstärkungselement und/oder Verstärkungssubstrat geeignet. Besonders bevorzugte Materialien für das
Verstärkungselement und/oder das Verstärkungssubstrat weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizient auf, der dem thermischen Ausdehnungskoeffizient des Materials des ersten Substrats möglichst nahe kommt beziehungsweise mit diesem möglichst identisch ist. Bevorzugt sollte die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner gleich 5 ppm/°K, besonders bevorzugt kleiner gleich 1 ppm/°K, sein. Dadurch lassen sich mechanische Spannungen, die während des Abkühlens durch unterschiedlich starkes Zusammenziehen des ersten Substrats und des Verstärkungselements entstehen können und die zu einer Beschädigung des ersten Substrats und/oder des
Verstärkungselements bzw. der optischen Komponente führen könnten, reduzieren. Das Bereitstellen des Verstärkungselements erfolgt durch Abtrennen bzw. Heraustrennen von/aus dem Verstärkungssubstrat. Bevorzugte Trennverfahren sind Sägen,
Laserschneiden beziehungsweise Laserbearbeiten, Brechen (eventuell mit vorherigem Ritzen) und/oder Ätzen. Im Vergleich zum Stand der Technik, wonach das
Verstärkungselement beispielsweise durch Ätzen einer auf dem ersten Substrat abgeschiedenen Schicht und damit durch einen vergleichsweise hohen Materialabtrag erzeugt wird, kann durch einen vorzugsweise vor dem Anordnen des
Verstärkungselements stattfindenden Herstellungsprozess, beispielsweise durch Sägen, Laserschneiden, Brechen oder Ätzen, das Verstärkungssubstrat und damit das
Ausgangsmaterial für das Verstärkungselement wesentlich effektiver genutzt werden. Dadurch und durch die damit verbundene Einsparung von weiteren Prozessschritten, wie z.B. Lackaufbringung, Belichtung, Lackstrukturierung, Lackentfernung, lassen sich die Fertigungskosten reduzieren.
Die Herstellung der Verstärkungselemente vor dem Anordnen hat zudem den Vorteil, dass Verstärkungselemente aus verschiedenen Materialien (z.B. von mehreren
Verstärkungssubstraten) und mit unterschiedlichen Größen (z.B. Dicke) bzw. Formen sowie mit verschiedenen Eigenschaften (z.B. bezüglich Transparenz, Reflektivität oder Absorptionsverhalten) für den nachfolgenden Anordnungsschritt bereitgestellt werden können. Dies ermöglicht eine optimierte und flexible Anpassung der Fertigung an die gewünschten Spezifikationen.
Des Weiteren wird bei einer Herstellung des Verstärkungselements vor dem
Anordnungsschritt der Bereich des ersten Substrats, der nicht mit dem
Verstärkungselement in Kontakt beziehungsweise in Verbindung gebracht wird, in geringerem Maße aggressiven Medien wie z.B. Ätzlösungen ausgesetzt, so dass dieser Bereich für spätere Kontaktierungs- und/oder Verbindungsschritte besser konserviert werden kann beziehungsweise wodurch die vorzugsweise hohen
Oberflächeneigenschaften dieses Bereichs besser erhalten werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine
Verstärkungselement, insbesondere der/die Oberflächenbereich/e des
Verstärkungselements, der mit dem ersten Substrat während des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kontakt gebracht wird, eine quadratische Oberflächenrauigkeit kleiner gleich 25 nm, bevorzugt kleiner gleich 1 5 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 nm, und/oder eine Ebenheitsabweichung kleiner gleich 180 nm, insbesondere kleiner gleich 1 10 nm, auf.
Durch eine hohe Oberflächenqualität (z.B. geringe Rauigkeit, geringe
Ebenheitsabweichung) des Verstärkungselements kann eine hohe Oberflächenqualität des ersten Substrats konserviert beziehungsweise die hohe Oberflächenqualität des Verstärkungselements im Zuge des Erwärmen und Verformens auf das erste Substrat übertragen werden, um eine hohe Oberflächenqualität der herzustellenden optischen Komponente zu gewährleisten.
Des Weiteren wird durch Anordnen, insbesondere Aufbringen, des mindestens einen Verstärkungselements auf dem ersten Substrat ein Stapel erzeugt, wodurch das
Verstärkungselement einen Bereich des ersten Substrats abdeckt beziehungsweise bedeckt. Im Folgenden wird dieser Stapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement als " Basisstapel " bezeichnet.
Dass eine erste Schicht, ein erster Bereich oder eine erste Vorrichtung„auf" einer zweiten Schicht, einem zweiten Bereich oder einer zweiten Vorrichtung angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die erste Schicht, der erste Bereich oder die erste Vorrichtung unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der zweiten Schicht, dem zweiten Bereich oder der zweiten Vorrichtung angeordnet oder aufgebracht ist. Weiterhin kann auch ein mittelbarer Kontakt bezeichnet sein, bei dem weitere Schichten, Bereiche und/oder Vorrichtungen zwischen der ersten Schicht, dem ersten Bereich oder der ersten Vorrichtung und der zweiten Schicht, dem zweiten Bereich oder der zweiten Vorrichtung angeordnet sind.
Die Anordnung des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat kann beispielsweise mit einem Vakuumhandler (Vakuumsauger), einem Greifer (Collet) oder einem Pickup- Tool (Kombination aus Vakuumsauger und Greifer) erfolgen, die eine positionsgenaue und präzise Anordnung des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat
gewährleisten. Dabei wird das Verstärkungselement derart auf dem ersten Substrat angeordnet beziehungsweise aufgebracht, dass eine Verformung des beispielsweise als optisches Fenster fungierenden Bereichs des ersten Substrats reduziert oder verhindert wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass zumindest ein Teil des
Verstärkungselements einen Bereich des ersten Substrats, der beispielsweise später als optisches Fenster oder als Teil eines optischen Fensters fungiert, abdeckt
beziehungsweise bedeckt.
Dieser abgedeckte Bereich des ersten Substrats erstreckt sich im Rahmen der Erfindung auf den Bereich des ersten Substrats, der zwischen beziehungsweise auf der
Kontaktfläche beziehungsweise Grenzfläche, die zwischen dem Verstärkungselement und dem ersten Substrat besteht, und der Parallelprojektion dieser Kontaktfläche auf die gegenüberliegende Substratseite des ersten Substrats liegt, wobei der Verbindungsvektor zwischen einem Punkt der Kontaktfläche und seinem Abbild auf der gegenüberliegenden Substratseite des ersten Substrats parallel zum resultierenden Normalenvektor der Kontaktfläche liegt, wobei der resultierende Normalenvektor der Kontaktfläche durch Vektoraddition der Normaleneinheitsvektoren der infinitesimalen Teilflächen der
Kontaktfläche, die in Richtung des ersten Substrats weisen, ermittelt wird. Die
Oberflächenbereiche des ersten Substrats, die gemeinsame Punkte mit der Kontaktfläche beziehungsweise deren Abbild haben, gehören mit zum abgedeckten Bereich des ersten Substrats.
Der Definition des abgedeckten Bereichs des ersten Substrats wird ein Stapel (Basisstapel/ weiterer Basisstapel) zugrunde gelegt, wie er vor der Verformung nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren des ersten Substrats vorliegt.
Das zusätzliche Material des Verstärkungselements stabilisiert und schützt den abgedeckten Bereich des ersten Substrats und wirkt einer Verformung entgegen.
Dadurch lassen sich die bevorzugt beim bereitgestellten ersten Substrat vorhandene hohe Ebenheit, Planparallelität und geringe Oberflächenrauigkeit erhalten, was die Basis für qualitativ hochwertige optische Komponenten ist, und zudem Flächen - insbesondere Transmissionsflächen, die einer nachträglichen Bearbeitung (zum Beispiel einem
Polierschritt) nicht zugänglich sind, mit einer hohen Oberflächenqualität realisieren. Beim Anordnen beziehungsweise Aufbringen des mindestens einen
Verstärkungselements auf dem ersten Substrat werden das erste Substrat und das Verstärkungselement vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Löten oder Bonden, miteinander verbunden, um eine hohe Lagestabilität des Verstärkungselements gegenüber dem ersten Substrat zu gewährleisten.
Zweckmäßig erfolgt das Anordnen des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat derart, dass ein Verschieben und/oder Verdrehen des Verstärkungselements gegenüber dem ersten Substrat reduziert oder verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine formschlüssige Verbindung dadurch realisiert, dass das Verstärkungselement in einer Justiervertiefung des ersten Substrats, die für die Aufnahme des Verstärkungselements ausgebildet ist, angeordnet wird. Bei dieser Art der Anordnung sind keine zusätzlichen Verbindungssubstanzen (z.B. Klebstoff) beziehungsweise spezielle Verbindungsschritte (z.B. Bonden) erforderlich, die die Oberflächenqualität des ersten Substrat beeinträchtigen könnten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine
Verstärkungselement, zum Beispiel ein Silizium-Chip, durch anodisches Bonden, direktes Bonden, plasma-aktiviertes Bonden und/oder thermisches Bonden auf dem ersten Substrat angeordnet beziehungsweise mit diesem verbunden. Vor allem in der
Halbleiterindustrie sind diese Bondverfahren häufig eingesetzte Verbindungstechniken, die zu stabilen Verbindungen führen. Bevorzugt erfolgt ein solcher Verbindungsschritt, wie z.B. das Bonden, im Vakuum, wodurch sich beispielsweise Lufteinschlüsse und/oder eingeschlossene Partikel in den Verbindungsbereichen, insbesondere an der Grenzfläche zwischen Verstärkungselement und erstem Substrat, vermeiden und dadurch
entstehende Defekte an der Oberfläche des ersten Substrats und damit an der
Oberfläche der optischen Komponente reduzieren lassen.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach
Anspruch 1 wird das mindestens eine Verstärkungselement vor dem Anordnen auf dem ersten Substrat auf einem Positionierungsmittel angeordnet.
Die Bestückung des Positionierungsmittels mit dem Verstärkungselement, also die Übertragung und Anordnung des Verstärkungselements, kann beispielsweise mit einem Vakuumhandler (Vakuumsauger), einem Greifer (Collet) oder einem Pickup-Tool (Kombination aus Vakuumsauger und Greifer) erfolgen, die eine positionsgenaue und präzise Bestückung auf dem Positionierungsmittel gewährleisten.
Als Positionierungsmittel eignen sich alle Mittel, Vorrichtungen und Werkzeuge, die das Verstärkungselement in seiner Lage stabilisieren bzw. justiert halten. Durch diese Stabilisierung wird die Handhabung des Verstärkungselements in Bezug auf die weiteren Verfahrensschritte wesentlich erleichtert. So kann beispielsweise die Bestückung unter Reinraumbedingungen bei atmosphärischem Luftdruck und ein nachfolgender
Verbindungsschritt, z.B. das anodische Bonden, in einem anderen Reimraumbereich im Vakuum erfolgen.
Als Positionierungsmittel geeignet sind beispielsweise haftfähige Unterlagen auf Basis von magnetischer oder elektrostatischer Kraftwirkung oder Substrate, die kraftschlüssige (die Reibung erhöhende Schicht), stoffschlüssige (z.B. aufgebrachte Klebeschicht) oder formschlüssige Verbindungen (z.B. Vertiefungen beziehungsweise Ausnehmungen) gewährleisten können.
Mit Blick auf einen nachfolgenden Verbindungsschritt (z.B. anodisches Bonden) ist das Positionierungsmittel bevorzugt elektrisch leitfähig ausgeführt. Entsprechend enthält oder besteht das Positionierungsmittel bevorzugt aus elektrisch leitfähigen und/oder halbleitenden Materialien wie zum Beispiel Silizium.
Als bevorzugtes Positionierungsmittel kann ein Aufnahmesubstrat Verwendung finden. Ein solches Aufnahmesubstrat verfügt über mindestens eine Ausnehmung
beziehungsweise Vertiefung (Aufnahmevertiefung), die für die Aufnahme des
Verstärkungselements ausgelegt ist und dieses insbesondere lateral fixiert
beziehungsweise justiert hält. Da die Justage des Verstärkungselements in diesem Fall hauptsächlich durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Aufnahmesubstrat und Verstärkungselement gewährleistete wird, kann das Aufnahmesubstrat nach dem
Anordnen des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat durch Aufhebung des Formschlusses auf einfache Art und Weise entfernt werden, um den so erzeugten Basisstapel aus erstem Substrat und Verstärkungselement für weitere Prozessschritte freizugeben. Das Aufnahmesubstrat lässt sich dann für den nächsten
Bestückungsvorgang wieder verwenden und ist so mehrfach einsetzbar, wodurch wiederum eine Reduzierung des Fertigungsaufwandes und der Fertigungskosten gegeben ist.
Um den Kontakt des Aufnahmesubstrats mit dem ersten Substrat beim Anordnen des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat zu verhindern und so die
Oberflächenqualität des ersten Substrats in den Bereichen, die nicht mit dem
Verstärkungselement in Kontakt beziehungsweise in Verbindung gebracht werden sollen, für weitere Verbindungs- und/oder Kontaktierungsschritt zu konservieren
beziehungsweise ein möglichst problemloses Entfernen des Aufnahmesubstrats nach dem Anordnen des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat gewährleisten zu können, ist die Aufnahmevertiefung bevorzugt derart ausgelegt, dass mindestens eines der Verstärkungselemente nach Anordnung auf dem Aufnahmesubstrat über die
Begrenzungsflächen des Aufnahmesubstrats hinausragt. Besonders bevorzugt ragen alle Verstärkungselemente nach Anordnung auf dem Aufnahmesubstrat über die
Begrenzungsflächen des Aufnahmesubstrats hinaus.
Vorzugsweise kann das mindestens eine Verstärkungselement mindestens ein
Fixierungselement aufweisen beziehungsweise mit mindestens einem Fixierungselement in wechselseitiger Wirkbeziehung (z.B. mechanische, elektrostatische und/oder magnetische Kraftkopplung) stehen. Das Fixierungselement reduziert oder verhindert insbesondere nach dem Inkontaktbringen des Basisstapels mit dem mindestens einen zweiten Substrat ein Verschieben und/oder Verdrehen des Verstärkungselements gegenüber dem ersten Substrat und erhöht damit die Lagestabilität des
Verstärkungselements.
Vorzugsweise stehen das Verstärkungselement und das Fixierungselement miteinander mechanisch in Verbindung, um eine möglichst stabile Kraftkopplung gewährleisten zu können.
Bevorzugt wird das Fixierungselement im Verfahrensschritt des Inkontaktbringens des Basisstapels mit dem zweiten Substrat zwischen dem Basisstapel und dem zweiten Substrat eingeklemmt. Durch geeignete Aufnahmenuten - zum Beispiel in dem zweiten Substrat, lässt sich trotz des zwischengelagerten beziehungsweise eingeklemmten Fixierungselements ein zweckmäßiger Kontakt zwischen Basisstapel und zweiten Substrat gewährleisten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Fixierungselement beim Verfahrensschritt des Anordnens des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat mit dem ersten Substrat stoffschlüssig, insbesondere mittels thermischen oder anodischen Bondens, verbunden, wodurch eine besonders stabile Verbindung und damit eine besonders gute Lagestabilität des Verstärkungselements gewährleistet werden kann.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung steht zumindest ein Teil des
Fixierungselements mit einem Bereich des ersten Substrats in Kontakt beziehungsweise in Verbindung, der nach dem Inkontaktbringen des Basisstapels mit dem zweiten Substrat außerhalb des Auslenkungsbereichs beziehungsweise im Auflagebereich liegt. Da dieser Bereich des ersten Substrats keiner Auslenkung beziehungsweise Verformung unterworfen ist, begünstigt er eine verbesserte Kraftaufnahme und damit eine erhöhte Lagestabilität des Verstärkungselements.
Bevorzugt wird das Fixierungselement bei der Herstellung des Verstärkungselements erzeugt, wodurch sich zusätzliche Fertigungsschritte einsparen lassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere
Auflagestrukturen erzeugt, wobei die Erzeugung der Auflagestruktur derart erfolgt, dass die Auflagestruktur den Auflagebereich, insbesondere die Auflagefläche, des ersten Substrats schützt und/oder als Abstandshalter zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat fungiert.
Der Auf lagebereich ist der Bereich des ersten Substrats, der während des Verfahrens keine Auslenkung, insbesondere nicht durch Verformung, erfährt beziehungsweise durch das zweite Substrat direkt oder indirekt gestützt wird. Eine direkte Stützung liegt vor, wenn das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander in Kontakt gebracht werden. Bei einer indirekten Stützung sind beispielsweise zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ein oder mehrere Schichten oder Schichtfolgen angeordnet. Die Auflagefläche ist die Oberfläche des Auflagebereichs, die dem zweiten Substrat zugewandt ist. Bei einem herzustellenden Deckel beispielsweise bildet vorzugsweise die Auflagefläche des ersten Substrats die Kontaktfläche des Deckels und damit die Fläche des Deckels, die für den Kontakt beziehungsweise die Verbindung des Deckels mit dem Trägersubstrat vorgesehen ist. Die Kontaktfläche des Deckels und/oder die der
Kontaktfläche auf der anderen Substratseite gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Substrats liegen bevorzugt in mindestens einer der Substratebenen des ersten Substrats. Entsprechend sind nach dem Verbinden des Deckels mit dem Trägersubstrat die
Trägersubstratebene und die Substratebenen des ersten Substrats vorzugsweise parallel angeordnet.
Durch die Anordnung der Auflagestruktur auf dem ersten Substrat kann die
vorzugsweise hohe Oberflächenqualität des ersten Substrats konserviert werden beziehungsweise können ein oder mehrere hochqualitative Oberflächenbereiche der Auflagestruktur während des Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens auf das erste Substrat abgeformt und so ein oder mehrere Auflagebereiche, insbesondere Auflageflächen und damit potenzielle Kontaktflächen der herzustellenden optischen Komponente, mit hoher Oberflächenqualität realisiert werden. Solche hochqualitativen Oberflächenbereiche mit beispielsweise geringer Rauigkeit und hoher Ebenheit ermöglichen den Einsatz ausgereifter Verbindungstechniken, wie z.B. anodisches
Bonden, mit denen sich stabile Verbindungen zwischen der optischen Komponente, z.B. einem Deckel, und dem Trägersubstrat herstellen lassen.
Die Auflagestruktur wird bevorzugt durch mindestens eine Schicht oder Schichtfolge, die auf dem ersten Substrat aufgebracht beziehungsweise angeordnet wird, realisiert. Durch die Variation der Schichtdicke der Schicht/en lässt sich der Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat einstellen, so dass die Auflagestruktur bevorzugt als Abstandshalter fungiert. Dadurch wird eine flexible Anpassung des Verfahrens zur Realisierung unterschiedlicher verformungsbedingter Auslenkungsamplituden des ersten Substrats beziehungsweise unterschiedlich tiefer erster Vertiefungen im ersten Substrat ermöglicht.
Die mindestens eine Auflagestruktur wird bevorzugt wie das mindestens eine
Verstärkungselement vor dem Anordnen auf dem ersten Substrat hergestellt, wodurch das Bereitstellen von Auflagestrukturen und Verstärkungselementen mit
unterschiedlichen Abmaßen und Formen ermöglicht wird, die beim Anordnen auf dem ersten Substrat in beliebiger Weise kombinierbar sind. Die Herstellung, die Positionierung beziehungsweise Anordnung auf dem ersten Substrat und eine bevorzugte Verbindung mit dem ersten Substrat kann in der Art und Weise durchgeführt werden, wie vorher und im Folgenden in Bezug auf die Verstärkungselemente beschrieben wurde/wird. Dies ermöglicht eine zeit- und kostenoptimierte Fertigung. Alternativ kann die Auflagestruktur beispielsweise durch ein auf dem ersten Substrat aufgebrachte, insbesondere
abgeschiedene, und strukturierte Schicht realisiert werden.
Vorzugsweise wird auf beiden Substratseiten des ersten Substrats jeweils mindestens ein Verstärkungselement angeordnet, wobei sich gegenüberliegende Verstärkungselemente bevorzugt zumindest teilweise überlappen. In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform überlappen sich solche Verstärkungselemente komplett (Fig. 3c).
Dadurch werden die durch sie abgedeckten Bereiche des ersten Substrats besonders gut stabilisiert und vor Verformung geschützt. Bevorzugt wird das mindestens eine Verstärkungselement so auf dem ersten Substrat angeordnet, dass ein Neigen des durch dieses Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats beim Erwärmen und Verformen unterstützt wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass mindestens eines der Verstärkungselemente nicht zentrisch im Auslenkungsbereich des ersten Substrats angeordnet wird.
Der Auslenkungsbereich ist der, insbesondere während des Erwärmen und Verformens, nicht, insbesondere nicht durch das zweite Substrat, gestützte Bereich des ersten Substrats, der sich zwischen den Auflagebereichen befindet. Ein Auslenkungsbereich lässt sich aufteilen in den durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereich des ersten Substrats und den Verformungsbereich des ersten Substrats. Der
Verformungsbereich stellt wiederum den Bereich des ersten Substrats dar, der durch seine Formänderung ein Auslenken, insbesondere ein Verschieben und/oder Neigen, des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereich des ersten Substrats gewährleistet. Durch eine nicht zentrische Anordnung des Verstärkungselements im
Auslenkungsbereich lässt sich bei einer Gleichverteilung der Kraft über dem
Auslenkungsbereich, insbesondere über dem Verstärkungselement, ein resultierendes Drehmoment erzielen, welches auf den durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereich des ersten Substrats wirkt und damit ein Neigen des durch das
Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats begünstigt.
Unter einer nicht zentrischen Anordnung eines Verstärkungselements im
Auslenkungsbereich wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass der Abstand des Verstärkungselements in mindestens einer Richtung nicht zu allen an den
Auslenkungsbereich angrenzenden Auflagebereichen gleichgroß ist. Entsprechend gilt für eine nicht zentrische Kraft auf den Auslenkungsbereich, dass der Abstand des Angriffspunkts der resultierenden Kraft in mindestens einer Richtung nicht zu allen an den Auslenkungsbereich angrenzenden Auflagebereichen gleichgroß ist. Bei einer nicht zentrischen resultierenden Kraft auf ein Verstärkungselement ist der Abstand des Angriffspunkts zu den Rändern des Verstärkungselements in mindestens einer Richtung nicht gleichgroß. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Basisstapel mit dem zweiten Substrat in Kontakt gebracht, um das erste Substrat im Auflagebereich zu stützen und eine stabile Kraftaufnahme in diesem Bereich zu gewährleisten. Zudem kann das zweite Substrat und/oder das Verstärkungselement als Auslenkungsbegrenzung dienen.
Das Inkontaktbringen des Basisstapels mit dem zweiten Substrat erfolgt bevorzugt derart, dass durch eine bevorzugt ausgebildete dritte Vertiefung in dem zweiten Substrat und/oder eine bevorzugt ausgebildete erste Vertiefung im ersten Substrat und/oder durch die Auflagestruktur mindestens ein Hohlraum zwischen dem zweiten Substrat und dem Basisstapel gebildet wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung schließt dieser Hohlraum mindestens ein Verstärkungselement ein.
Durch den Hohlraum kann ein direkter oder indirekter (z.B. durch ein oder mehrere zwischengelagerte Verstärkungselemente bedingt) Kontakt zwischen dem
Auslenkungsbereich des ersten Substrats und dem zweiten Substrat vor dem Erwärmen und Verformen verhindert werden. Ein solcher Kontakt könnte zum Anhaften des Auslenkungsbereichs des ersten Substrats am zweiten Substrat, z.B. auch indirekt durch Anhaften des auf dem ersten Substrat angeordneten Verstärkungselements am zweiten Substrat, führen und ein verformungsbedingtes Auslenken des ersten Substrats im Auslenkungsbereich, insbesondere ein Verschieben und/oder Neigen des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats, verhindern oder erschweren.
Des Weiteren kann in dem Hohlraum ein Druck unterhalb oder oberhalb des
Umgebungsdrucks, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, erzeugt werden. Da der Hohlraum zumindest durch einen Teil des Auslenkungsbereichs des ersten Substrats begrenzt wird, lassen sich durch einen in dem Hohlraum erzeugten Druck, der unterhalb oder oberhalb des Umgebungsdrucks liegt, Kraftwirkungen zur Begünstigung des Verformungsprozesses erzeugen.
Vorzugsweise entspricht der Umgebungsdruck dem atmosphärischen Luftdruck, und die Druckwerte in dem Hohlraum liegen dann bevorzugt zwischen etwa 750 mbar und etwa 900 mbar oder zwischen etwa 1200 mbar und etwa 1350 mbar und können
beispielsweise mittels Vakuumpumpe bzw. Pumpe erzeugt werden.
Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn das Inkontaktbringen des zweiten Substrats mit dem Basisstapel zu einer Verbindung, insbesondere einer stoffschlüssigen
Verbindung, führt. Dadurch lässt sich bevorzugt ein von der Umgebung hermetisch dicht abschießender Hohlraum zwischen dem Basisstapel und dem zweiten Substrat erzeugen. Indem der Verbindungsprozess bei bestimmten Drücken durchgeführt wird, können bestimmte Druckwerte in den Hohlräumen erzeugt werden. Bevorzugt liegen die Druckwerte während des Verbindungsprozesses, zum Beispiel dem anodischen Bonden bei 400°C, zwischen etwa 500 mbar und etwa 600 mbar oder zwischen etwa 800 mbar und etwa 900 mbar. Da der anschließende Erwärmungsprozess typischerweise bei wesentlich höheren Temperaturen als der Verbindungsprozess erfolgt - bevorzugt wird das erste Substrat während des Verfahrensschritts des Erwärmen und Verformens auf eine Temperatur zwischen etwa 750 °C und etwa 900 °C gebracht - ergeben sich durch die höhere Temperatur aus den angegebenen Druckbereichen im Hohlraum Drücke von etwa 750 mbar bis etwa 900 mbar oder etwa 1200 mbar bis 1 350 mbar. Da der Hohlraum bevorzugt hermetisch dicht von der Umgebung abgeschlossen ist, bleiben diese Druckwerte ohne weitere Energiezufuhr, zum Beispiel zum Betrieb einer
Vakuumpumpe bzw. Pumpe, über einen längeren Zeitraum und damit insbesondere für die Verformung beziehungsweise Formgebung erhalten.
Bevorzugt wird die Verbindung zwischen Basisstapel und zweitem Substrat durch anodisches Bonden und/oder thermisches Bonden realisiert.
Bei der Formgebung des ersten Substrats werden insbesondere die Fließeigenschaften des ersten Substrats, wie sie insbesondere in der Nähe und oberhalb der
Erweichungstemperatur (softening point) und/oder der Schmelztemperatur vorliegen, ausgenutzt. Der Vorteil dieser Art der Formgebung, auch als Glasfließen bezeichnet, gegenüber anderen Formgebungs- oder Prägeverfahren, wie zum Beispiel Glastiefziehen oder Glasprägen (zum Beispiel Blankpressen), besteht vor allem darin, dass sich insbesondere optische Komponenten beispielsweise mit Substrat- beziehungsweise Waferausdehnungen, insbesondere Substrat- beziehungsweise Waferdurchmessern größer gleich 80 mm, insbesondere größer gleich 1 50mm, besonders bevorzugt größer gleich 300mm, mit hoher Oberflächenqualität, insbesondere geringer
Oberflächenrauigkeit, hoher Oberflächenebenheit und hoher Planparallelität der Oberflächen der Substratseiten, realisieren lassen.
Insbesondere wenn das Ausgangssubstrat aus Glas besteht, ist häufig die
Oberflächenrauigkeit der optischen Komponenten nicht zufriedenstellend. Die geformten Substrate sind, wie zum Beispiel beim Glastiefziehen, aufgeraut und können die
Anforderungen beispielsweise an ein optisches Fenster nicht erfüllen. Beim Blankpressen sind die maximalen Ausdehnungen beziehungsweise Abmessungen der herstellbaren optischen Komponenten stark limitiert. Des Weiteren sind bei diesem Prägeverfahren sehr hochwertige, beständige und damit teure Prägewerkzeuge erforderlich, was eine flexible Fertigung einschränkt.
Der Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens des ersten Substrats erfolgt derart, dass sich zumindest ein Teil des durch das mindestens eine Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats verschiebt und/oder neigt,
und/oder dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem mindestens einen
Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird.
Dabei wird zumindest der Verformungsbereich des ersten Substrats, bevorzugt der Auslenkungsbereich, besonders bevorzugt das gesamte erste Substrat, auf eine
Temperatur gebracht, die bevorzugt zwischen der Erweichungstemperatur minus 1 50°C und der Erweichungstemperatur plus 100°C des Materials des ersten Substrats, bevorzugt des Materials des Auslenkungsbereichs, insbesondere des Materials des Verformungsbereichs, bevorzugt zwischen etwa 750 °C und etwa 900 °C, liegt. Im Bereich der Erweichungstemperatur weist das entsprechende Material besonders günstige Verformungseigenschaften, insbesondere bezüglich Viskosität, auf.
Bei Verwendung von Borsilikatglas, mit einer Erweichungstemperatur von etwa 820 °C, sind beispielsweise Temperaturen zwischen etwa 750 °C und etwa 900 °C zweckmäßig. Die Erweichungstemperatur oder der Erweichungspunkt (softening point), auch
Littletontemperatur oder Littleton-Punkt genannt, wird nach einer Methode von Littleton bestimmt. Dabei wird ein Materialfaden (zum Beispiel ein Glasfaden) mit einem
Durchmesser von 0,65 mm bis 1 ,0 mm und einer Länge von 22,9 cm in einen Ofen bestimmter Konstruktion gehängt. Bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 bis 10 K/min beobachtet man das aus dem Ofen heraushängende untere Ende des Fadens. Mit steigender Temperatur verlängert sich der Faden unter dem eigenen Gewicht. Die Temperatur, bei der die Verlängerung 1 mm/min beträgt, wird als Littletontempertur bezeichnet. Die meisten Gläser oder glasähnlichen Materialien weisen bei dieser Temperatur eine Viskosität von etwa 10~7-6 dPa-s auf (Scholze, Horst " Glas - Natur, Struktur und Eigenschaften ", 3. Auflage, Springer Verlag, S. 1 51 ).
Beim Erwärmen und Verformen wird das erste Substrat durch eine Kraft
beziehungsweise Kraftwirkung auf das erste Substrat, insbesondere den Auslenkungsbereich, im Auslenkungsbereich, insbesondere im Verformungsbereich, verformt.
Insbesondere die Verformung des Verformungsbereichs ermöglicht ein Verschieben und/oder Neigen zumindest eines Teils des beim Erzeugen des Basisstapels gebildeten abgedeckten Bereichs des ersten Substrats, der durch das Verstärkungselement stabilisiert beziehungsweise vor Verformung geschützt wird.
Sollte nicht nur der Verformungsbereich sondern zudem der abgedeckte Bereich des ersten Substrats zumindest teilweise erwärmt werden, so kann ein qualitativ
hochwertiger Oberflächenbereich des Verstärkungselements mit beispielsweise geringer Rauigkeit und Ebenheitsabweichung durch den Kontakt zum ersten Substrat im abgedeckten Bereich auf die Oberfläche des ersten Substrats abgeformt werden. Im Ergebnis resultiert daraus ein optisch hochwertiger Oberflächenbereich im ersten Substrat. Dies hat den Vorteil, dass die Anforderungen an die Oberflächenqualität der entsprechenden Substratseite/n des bereitgestellten ersten Substrats geringer sein können und damit ein eventuell notwendiger Bearbeitungsschritt, wie z.B. das Polieren, entfallen kann; wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden können.
Beim Erwärmen und Verformen des ersten Substrats derart, dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird, ist zumindest ein Teil des Verstärkungselements beabstandet zum ersten Substrat angeordnet (z.B. Fig. 7.1 ). Durch das Erwärmen und Verformen wird ein Bereich des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement, insbesondere dem beabstandet angeordneten Teil des
Verstärkungselements, in Kontakt gebracht. Dabei wird bevorzugt der mit dem ersten Substrat in Kontakt gebrachte Oberflächenbereich des Verstärkungselements, der insbesondere eine geringe Rauigkeit und Ebenheitsabweichung aufweist, auf das erste Substrat abgeformt und so ein qualitativ hochwertiger optischer Bereich im ersten Substrat erzeugt. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Anforderungen an die
Oberflächenqualität der entsprechenden Substratseite/n des bereitgestellten ersten Substrats geringer sein können und damit ein eventuell notwendiger Bearbeitungsschritt, wie z.B. das Polieren, entfallen kann. Bevorzugt werden zumindest Teilbereiche der durch das Erwärmen und Verformen miteinander in Kontakt gebrachten Bereiche des ersten Substrats und des Verstärkungselements miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Eine solche Verbindung wird insbesondere durch thermisches Bonden erreicht. Dadurch wird ein besonders effektives Abformen des
Oberflächenbereichs beziehungsweise der Oberflächenstruktur des Verstärkungselements auf das erste Substrat gewährleistet.
Häufig ist in diesem Fall der Auslenkungsbereich mit dem Verformungsbereich des ersten Substrats identisch. In einer besonderen Ausgestaltung kann der Auslenkungsbereich aus dem Verformungsbereich und einem nicht für die Verformung vorgesehenen Bereich des ersten Substrats bestehen. In diesem Fall wird durch lokale Erwärmung des
Verformungsbereichs ein Auslenken des nicht für die Verformung vorgesehenen Bereichs des ersten Substrats und damit ein Inkontaktbringen dieses Bereichs des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement gewährleistet. Im Ergebnis entsteht ein verschobener und/oder geneigter Bereich im ersten Substrat.
Der Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens wird bevorzugt zeitgesteuert oder bis zum Kontakt des ersten Substrats und/oder des Verstärkungselements mit einer Auslenkungsbegrenzung, die beispielsweise die maximal gewünschte
verformungsgedingte Auslenkung begrenzt, durchgeführt. Als Auslenkungsbegrenzung kann zum Beispiel ein Verstärkungselement und/oder das zweite Substrat, insbesondere die Bodenfläche der dritten Vertiefung, dienen.
Die Verformung des ersten Substrats, insbesondere des Verformungsbereichs, kann bevorzugt durch die Eigengewichtskraft des Verstärkungselements und/oder des ersten Substrats, insbesondere des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats, und/oder durch eine von außen eingebrachte Kraft bedingt werden.
Eine von außen eingebrachte Kraft kann zweckmäßigerweise auf einer mechanischen, z.B. pneumatischen, und/oder magnetischen und/oder elektrischen und/oder
piezoelektrischen Wechselwirkung beruhen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die von außen eingebrachte Kraft durch eine Druckdifferenz zwischen beiden Substratseiten des ersten Substrats, insbesondere im Auslenkungsbereich, bewirkt. Wie bei der Verformung durch die Eigengewichtskraft muss auch bei dieser Methode der Krafteinbringung das erste Substrat beziehungsweise der Basisstapel nicht mit einem weiteren Gegenstand, beispielsweise einem
Prägewerkzeug, in Kontakt gebracht werden, wodurch eine Qualitätsminderung der
Oberflächen des ersten Substrats oder funktionaler Verstärkungselemente - die z.B. nach Fertigstellung eine Funktion innerhalb der optischen Komponente zu erfüllen haben, verhindert wird.
Zudem kann in diesem Fall das Erwärmen und Verformen so lange durchgeführt werden, bis eine durch die Formgebung des ersten Substrats bedingte Volumenänderung des Hohlraums zu einem Druck in dem Hohlraum führt, der dem Umgebungsdruck entspricht.
Auch speziell gestaltete Formgebungsvorrichtungen eignen sich für das Einbringen einer Kraft.
Die eingebrachte Kraft kann sowohl zentrisch als auch nicht zentrisch in Bezug auf das Verstärkungselement und/oder den Auslenkungsbereich wirken.
Aus einem zum Beispiel über den Auslenkungsbereich gleichverteilten Kraftprofil resultiert eine in Bezug auf den Auslenkungsbereich zentrische Kraft, wodurch bei zentrischer Anordnung des Verstärkungselements im Auslenkungsbereich ein
Verschieben des abgedeckten Bereichs des ersten Substrats erreicht werden kann. Ein Neigen des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats kann in diesem Fall durch eine nicht zentrische Anordnung des Verstärkungselements im Auslenkungsbereich erzielt werden (z.B. Fig. 3d).
Bei einer zentrischen Anordnung des Verstärkungselements im Auslenkungsbereich kann ein Neigen des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten
Substrats durch eine in Bezug auf das Verstärkungselement nicht zentrische Kraft erreicht werden. Besonders vorteilhaft und effektiv zur Gewährleistung einer Neigung ist eine sowohl nicht zentrische Anordnung des Verstärkungselements als auch eine in Bezug auf das Verstärkungselement nicht zentrische Kraft. Zudem kann ein Neigen des ersten Substrats beziehungsweise des durch das Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats durch einen geneigten Bereich im zweiten Substrat bewirkt werden (z.B. Fig. 6-6.1 ).
Um ein möglichst problemloses verformungsbedingtes Auslenken gewährleisten zu können, sollte zwischen dem Auslenkungsbereich des ersten Substrats und dem zweiten Substrat vor dem Erwärmen und Verformen vorzugsweise ein direkter oder indirekter (z.B. durch ein oder mehrere zwischengelagerte Verstärkungselemente bedingt) Kontakt, der zu einem Anhaften führen könnte, verhindert werden. Um die Haftkräfte im Falle eines Kontaktes zu verringern, werden bevorzugt die
Oberflächen beziehungsweise bestimmte Oberflächenbereiche des
Verstärkungselements, des ersten Substrats und/oder des zweiten Substrats derart präpariert, dass eine Verbindung zwischen dem Auslenkungsbereich des ersten Substrats und dem zweiten Substrat verhindert wird. Dies lässt sich durch verschiedene
Beschichtungen und/oder Verfahren zur Oberflächenmodifikation realisieren, die zur Reduktion der Kontaktkräfte beitragen. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind beispielsweise Platin, NiAl-Legierung (zum Beispiel Legierung aus 50% Ni und 50% AI), Graphit und Bornitrid. Eine Alternative zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 stellt das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 2 dar, welches ebenfalls zur Herstellung optischer Komponenten dient und die folgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats,
- Bereitstellen mindestens eines Verstärkungselements durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat,
- Erzeugen eines Stapels durch Anordnen des mindestens einen
Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat,
- in Kontakt bringen des ersten Substrats mit dem Stapel,
- Erwärmen und Verformen des ersten Substrats derart, dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem mindestens einen Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird.
Die vorherigen Ausführungen zu den ersten beiden Verfahrensschritten - das
Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Substrats sowie das Bereitstellen mindestens eines Verstärkungselements - des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 gelten äquivalent für die ersten beiden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2. Der Stapel aus Verstärkungselement und zweitem Substrat wird im Weiteren als
" Grundstapel " bezeichnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach
Anspruch 2 weist das bereitgestellte erste Substrat mindestens ein weiteres
Verstärkungselement auf, wobei das weitere Verstärkungselement einen Bereich des ersten Substrats abdeckt (abgedeckter Bereich) und das erste Substrat und das weitere Verstärkungselement einen weiteren Stapel (weiterer Basisstapel) bilden, der beim Schritt des Inkontaktbringens mit dem Grundstapel in Kontakt gebracht wird, und wobei das Erwärmen und Verformen des ersten Substrats zudem derart erfolgt, dass sich zumindest ein Teil des durch das weitere Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats verschiebt und/oder neigt (z.B. Fig. 6.3), und/oder dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem weiteren Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird (z.B. Fig. 8.4). Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass das erste Substrat während des Verfahrens nicht gewendet werden muss und trotzdem eine Unterstützung (z.B. Stabilisierung, Abformung) beider Substratseiten des ersten Substrats durch
Verstärkungselemente gewährleistet wird. Dies ist beispielsweise von Bedeutung, wenn das Verstärkungselement auf dem ersten Substrat formschlüssig, z.B. in einer
Justiervertiefung, angeordnet ist.
Die vorherigen Ausführungen zum Verstärkungselement und zum Basisstapel des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 gelten äquivalent für das weitere Verstärkungselement und den durch dessen Anordnung auf dem ersten Substrat erzeugten weiteren Stapel (weiterer Basisstapel).
Beispielhaft kann das weitere Verstärkungselement auf der nach dem Inkontaktbringen des weiteren Basisstapels mit dem Grundstapel vom zweiten Substrat abgewandten Substratseite des ersten Substrats angeordnet werden und das mindestens eine
Verstärkungselement wird auf dem zweiten Substrat angeordnet. Durch den Schritt des Erwärmen und Verformens wird der durch das weitere Verstärkungselement abgedeckte Bereich des ersten Substrats beispielsweise geneigt und/oder verschoben und der Oberflächenbereich des abgedeckten Bereich des ersten Substrats, der dem zweiten Substrat zugewandt ist, wird mit dem mindestens einen Verstärkungselement in Kontakt gebracht, so dass im Ergebnis ein beidseitig von Verstärkungselementen unterstützter Bereich des ersten Substrats erzeugt werden kann (z.B. Fig. 6.3). Dadurch lassen sich qualitativ hochwertige Oberflächen des abgedeckten Bereichs des ersten Substrats auf beiden Substratseiten realisieren.
Des Weiteren kann ein Bereich des ersten Substrats, der außerhalb des durch das weitere Verstärkungselement abgedeckten Bereichs des ersten Substrats liegt, durch den Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens in Kontakt mit dem mindestens einen Verstärkungselement gebracht werden, während der durch das weitere
Verstärkungselement abgedeckte Bereich des ersten Substrats geneigt und/oder verschoben wird (z.B. Fig. 8.2a). Dadurch lassen sich mehrere optische Bereiche, beispielsweise mehrere optische Fenster, durch denselben Schritt des Erwärmen und Verformens herstellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 erfolgt das Bereitstellen des ersten Substrats mit dem weiteren
Verstärkungselement derart, dass das weitere Verstärkungselement durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat bereitgestellt und auf dem ersten Substrat angeordnet wird und/oder dass auf dem ersten Substrat eine Verstärkungsschicht aufgebracht wird, die zur Erzeugung des weiteren Verstärkungselements strukturiert wird.
Bezüglich des Bereitstellens des weiteren Verstärkungselements durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat und dessen Anordnen auf dem ersten Substrat wird wiederum auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 verwiesen, die für diese Ausführungsform nach Anspruch 2 äquivalent gelten.
Alternativ kann das erste Substrat mit dem weiteren Verstärkungselement, entsprechend der weitere Basisstapel, durch das Aufbringen mindestens einer Verstärkungsschicht auf das erste Substrat und das Strukturieren dieser Verstärkungsschicht zur Realisierung des weiteren Verstärkungselements erzeugt werden.
Die Verstärkungsschicht kann beispielsweise mittels Abscheideverfahren auf das erste Substrat aufgebracht werden und/oder die Verstärkungsschicht wird durch die
Verwendung mindestens eines weiteren Substrats realisiert.
Die Verstärkungsschicht, insbesondere das weitere Verstärkungselement, besteht bevorzugt aus einem halbleitenden Material oder enthält bevorzugt zumindest in Teilbereichen ein halbleitendes Material. Besonders bevorzugt finden Siliziumschichten, insbesondere Polysiliziumschichten, und/oder als weiteres Substrat ein Halbleiterwafer, bevorzugt ein Siliziumwafer, Verwendung, um die ausgereiften und gut beherrschbaren Prozesse der Halbleitertechnologie, insbesondere der Siliziumtechnologie, einsetzen zu können.
Beim Aufbringen der Verstärkungsschicht auf das erste Substrat werden das erste Substrat und die Verstärkungsschicht vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, um eine hohe Lagestabilität der Verstärkungsschicht gegenüber dem ersten Substrat zu gewährleisten. Dafür sind generell alle zweckmäßigen Techniken einsetzbar wie zum Beispiel Abscheiden, Kleben, Löten oder Bonden.
Zweckmäßig erfolgt das Aufbringen der Verstärkungsschicht auf das erste Substrat derart, dass ein Verschieben und/oder Verdrehen der Verstärkungsschicht gegenüber dem ersten Substrat reduziert oder verhindert wird.
Bevorzugt wird als Verstärkungsschicht eine Polysiliziumschicht mittels CVD,
insbesondere Hot Wire-CVD oder PECVD, oder PVD (z.B. Sputtern) auf das erste Substrat aufgebracht. Da die Prozesstemperaturen bei diesen Abscheideverfahren unter 600°C, bevorzugt zwischen 400°C und 500°C, liegen, lassen sich damit auch
temperaturempfindlichere Substrate beschichten.
Des Weiteren kann die Verstärkungsschicht, zum Beispiel ein Siliziumwafer, durch anodisches Bonden und/oder thermisches Bonden auf das erste Substrat aufgebracht beziehungsweise mit diesem verbunden werden. Vor allem in der Halbleiterindustrie sind diese Bondverfahren häufig eingesetzte Verbindungstechniken, die zu stabilen
Verbindungen führen.
Vorzugsweise weist die Verstärkungsschicht zumindest auf der Schichtseite, die mit dem ersten Substrat in Verbindung gebracht wird, mindestens eine zweite Vertiefung auf. Diese zweite Vertiefung soll einen Kontakt zwischen dem ersten Substrat und der Verstärkungsschicht in bestimmten Bereichen des ersten Substrats beim
Anordnen/Aufbringen verhindern, um die Oberflächenqualität des ersten Substrats in diesen Bereichen für weitere Verbindungs- und/oder Kontaktierungsschritte zu konservieren. Solche zu konservierenden Bereiche sind insbesondere die Bereiche des ersten Substrats, die nicht mit dem Verstärkungselement versehen beziehungsweise nicht mit dem Verstärkungselement in Kontakt gebracht werden. Die zweiten Vertiefungen in der mindestens einen Verstärkungsschicht weisen bevorzugt Tiefen von etwa 0,5 pm bis etwa 1 pm auf. Die Strukturierung der Verstärkungsschicht zur Erzeugung von mindestens einem weiteren Verstärkungselement erfolgt derart, dass eine Verformung der beispielsweise als optische Fenster fungierenden Bereiche des ersten Substrats reduziert oder verhindert wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Verstärkungsschicht die beispielsweise als optische Fenster fungierenden Bereiche des ersten Substrats zumindest teilweise abdeckt beziehungsweise bedeckt. Die Bereiche der Verstärkungsschicht, die nicht als Verstärkungselemente fungieren, können beispielsweise mittels naß- und/oder trockenchemischen Ätzverfahrens entfernt werden Das zusätzliche Material der weiteren Verstärkungselemente stabilisiert und schützt die abgedeckten Bereiche des ersten Substrats und wirkt einer Verformung entgegen. Dadurch lassen sich die bevorzugt beim bereitgestellten ersten Substrat vorhandene hohe Ebenheit, Planparallelität und geringe Oberflächenrauigkeit erhalten, was die Basis für qualitativ hochwertige optische Fenster ist, und zudem Flächen - insbesondere Transmissionsflächen, die einer nachträglichen Bearbeitung (zum Beispiel einem Polierschritt) nicht zugänglich sind, mit einer hohen Oberflächenqualität realisieren.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 wird durch Anordnen des mindestens einen Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat ein Stapel (Grundstapel) erzeugt.
Das Anordnen des Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat kann beispielsweise mit einem Vakuumhandler (Vakuumsauger), einem Greifer (Collet) oder einem Pickup- Tool (Kombination aus Vakuumsauger und Greifer) erfolgen, die eine positionsgenaue und präzise Anordnung des Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat
gewährleisten. Durch eine Anordnung des Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat wird das erste Substrat keinen mit der Anordnung verbundenen Prozessschritten (z.B. Abscheide-, Ätz-, Verbindungsprozesse) ausgesetzt, die beispielsweise die
Oberflächen- und Materialqualität des ersten Substrats beeinflussen können.
Dabei wird das Verstärkungselement bevorzugt auf einem Oberflächenbereich des zweiten Substrats angeordnet, der nach dem Inkontaktbringen des ersten Substrats mit dem Grundstapel dem Auslenkungsbereich des ersten Substrats zugewandt ist. Das Verstärkungselement wird insbesondere in einer dritten Vertiefung, bevorzugt auf dem Boden der dritten Vertiefung, und/oder in einer Durchführung des zweiten Substrats angeordnet. Durch diese Ausgestaltungen lässt sich das Inkontaktbringen des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement im Zuge des Erwärmen und Verformens begünstigen. Durch das Verstärkungselement wird beispielsweise gewährleistet, dass der Auslenkungsbereich des ersten Substrats, insbesondere der Bereich, für den eine hohe optische Oberflächenqualität gefordert wird, nicht mit dem zweiten Substrat in Kontakt gebracht wird. Maßgebend für die erzeugte Oberflächenqualität im Auslenkungsbereich, z.B. in dem Bereich, der als optisches Fenster fungieren soll, ist entsprechend die
Oberflächenqualität des Oberflächenbereichs des Verstärkungselements, der durch das Erwärmen und Verformen mit dem ersten Substrat in Kontakt gebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass geringere Anforderungen an die Oberflächenqualität des zweiten Substrats gestellt werden können und der Aufwand für die Bereitstellung des zweiten Substrats reduziert werden kann.
Beim Anordnen beziehungsweise Aufbringen des mindestens einen
Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat werden das zweite Substrat und das Verstärkungselement vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Löten oder Bonden, miteinander verbunden, um eine hohe Lagestabilität des Verstärkungselements gegenüber dem zweiten Substrat zu gewährleisten.
Eine formschlüssige Verbindung kann dadurch realisiert werden, dass das mindestens eine Verstärkungselement in einer bevorzugt ausgebildeten Justiervertiefung des zweiten Substrats, die für die Aufnahme des Verstärkungselements ausgebildet ist, angeordnet wird. Bei dieser Art der Anordnung sind keine zusätzlichen Verbindungssubstanzen (z.B. Klebstoff) beziehungsweise spezielle Verbindungsschritte (z.B. Bonden) erforderlich, die die Oberflächenqualität des Verstärkungselements beeinträchtigen könnten.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach
Anspruch 2 wird das mindestens eine Verstärkungselement vor dem Anordnen auf dem zweiten Substrat auf einem Positionierungsmittel, insbesondere einem
Aufnahmesubstrat, angeordnet.
In Bezug auf die mit diesen Ausführungsformen verbundenen Wirkungen und Vorteile beziehungsweise weiterer Ausgestaltungsdetails wird auf die äquivalent geltenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 und der
Verwendung eines Positionierungsmittels beziehungsweise Aufnahmesubstrats zur Anordnung des Verstärkungselements auf dem ersten Substrat verwiesen, wobei die dortige Bezugnahme auf das erste Substrat und den Basisstapel durch einen Bezug auf das zweite Substrat und den Grundstapel zu ersetzen ist.
Vorzugsweise kann das mindestens eine Verstärkungselement mindestens ein
Fixierungselement aufweisen beziehungsweise mit mindestens einem Fixierungselement in wechselseitiger Wirkbeziehung (z.B. mechanische, elektrostatische und/oder magnetische Kraftkopplung) stehen. Das Fixierungselement reduziert oder verhindert insbesondere nach dem in Kontakt bringen des weiteren Basisstapels oder des ersten Substrats mit dem Grundstapel, insbesondere dem zweiten Substrat, ein Verschieben und/oder Verdrehen des mindestens einen Verstärkungselements gegenüber dem zweiten Substrat und erhöht damit die Lagestabilität des Verstärkungselements.
Vorzugsweise stehen das Verstärkungselement und das Fixierungselement miteinander mechanisch in Verbindung, um eine möglichst stabile Kraftkopplung gewährleisten zu können.
Bevorzugt wird das Fixierungselement im Verfahrensschritt des Inkontaktbringens des weiteren Basisstapels oder des ersten Substrats mit dem Grundstapel zwischen dem weiteren Basisstapel oder dem ersten Substrat und dem Grundstapel, insbesondere dem zweiten Substrat, eingeklemmt. Beispielsweise durch Aufnahmenuten - zum Beispiel im ersten Substrat, lässt sich trotz des zwischengelagerten beziehungsweise eingeklemmten Fixierungselements ein zweckmäßiger Kontakt zwischen dem weiteren Basisstapel oder dem ersten Substrat und dem Grundstapel gewährleisten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Fixierungselement beim Verfahrensschritt des Anordnens des Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat mit dem zweiten Substrat stoffschlüssig, insbesondere mittels thermischen oder anodischen Bondens, verbunden, wodurch eine besonders stabile Verbindung und damit eine besonders gute Lagestabilität des Verstärkungselements gewährleistet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach
Anspruch 2 wird das Verstärkungselement auf einem Oberflächenbereich des zweiten Substrats angeordnet, der geneigt in Bezug auf mindestens eine Substratebene des zweiten Substrats beziehungsweise auf mindestens eine Substratebene des ersten Substrats nach dem Schritt des Inkontaktbringens des Grundstapels mit dem ersten Substrat oder dem weiteren Basisstapel ausgebildet ist. Dadurch lässt sich durch den Schritt des Erwärmen und Verformens ein von dem Verstärkungselement unterstützter geneigter Bereich des ersten Substrats (z.B. Fig. 6.1 ) erzeugen. Um die Lagestabilität des Verstärkungselements auf dem zweiten Substrat zu erhöhen, weist der geneigte
Oberflächenbereich des zweiten Substrats bevorzugt eine Justiervertiefung auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Verstärkungselement keilförmig ausgebildet, um auf einem nicht geneigten Oberflächenbereich des zweiten Substrats nach Anordnung des Verstärkungselements eine geneigte Oberfläche zur Unterstützung des ersten Substrats und damit die Erzeugung eines geneigten Bereichs im ersten Substrat zu gewährleisten. Dadurch lässt sich die Flexibilität des Verfahrens erhöhen, weil zur Realisierung unterschiedlich stark geneigter Bereiche im ersten Substrat lediglich verschieden stark keilförmig ausgebildete Verstärkungselemente bereitgestellt und auf dem zweiten Substrat angeordnet werden müssen. Das zweite Substrat kann so unabhängig von den verwendeten Verstärkungselementen eingesetzt werden und muss nicht durch entsprechende an die Anforderungen (geforderte Neigung) angepasste zweite Substrate ersetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird auf beiden Substratseiten des zweiten Substrats mindestens ein Verstärkungselement angeordnet, wodurch das zweite Substrat beziehungsweise der so erzeugte Grundstapel mit jeder seiner Substratseiten ein erstes Substrat oder einen weiteren Basisstapel aufnehmen beziehungsweise damit in Kontakt gebracht werden kann. Dadurch können zwei erste Substrate parallel bearbeitet beziehungsweise erwärmt und verformt werden, wodurch eine Kostenreduzierung erreicht werden kann.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 wird das erste Substrat oder der weitere Basisstapel mit dem Grundstapel in Kontakt gebracht, um wie beschrieben das erste Substrat in den Auflagebereichen zu stützen und eine stabile Kraftaufnahme in diesen Bereichen zu gewährleisten. Zudem kann das zweite Substrat und/oder das Verstärkungselement als Auslenkungsbegrenzung dienen.
Die vorherigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 bezüglich des Inkontaktbringens, insbesondere Verbindens, des Basisstapels mit dem zweiten Substrat gelten äquivalent in Bezug auf das Inkontaktbringen, insbesondere Verbinden, des ersten Substrats oder des weiteren Basisstapels mit dem Grundstapel, insbesondere dem zweiten Substrat, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei dieser äquivalenten Betrachtungsweise der Basisstapel und das zweite Substrat gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 durch den weiteren Basisstapel und den Grundstapel gemäß dem Verfahren nach Anspruch 2 zu ersetzen sind.
Entsprechend erfolgt das Inkontaktbringen des weiteren Basisstapels und des
Grundstapels vorzugsweise derart, dass ein Hohlraum zwischen dem weiteren
Basisstapel, insbesondere dem ersten Substrat, und dem Grundstapel, insbesondere dem zweiten Substrat, gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erzeugen des Grundstapels und dessen Inkontaktbringen mit dem ersten Substrat oder dem weiteren Basisstapel derart, dass das mindestens eine Verstärkungselement zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat, insbesondere zumindest teilweise auf der dem ersten
Substrat zugewandten Substratseite des zweiten Substrats, angeordnet wird.
Die Anordnung des Verstärkungselements zwischen dem ersten und zweiten Substrat bedeutet erfindungsgemäß, dass das Verstärkungselement zumindest teilweise auf der dem ersten Substrat zugewandten Substratseite des zweiten Substrats und/oder zumindest teilweise in einer Durchführung beziehungsweise Ausnehmung des zweiten Substrats angeordnet wird.
Durch eine solche Anordnung lässt sich das Verstärkungselement in Bezug auf das erste Substrat besonders vorteilhaft positionieren, wodurch das Verfahren flexibler und weniger aufwendig wird.
Bevorzugt ist das Verstärkungselement nicht auf der dem ersten Substrat abgewandten Substratseite des zweiten Substrats angeordnet, was in Verbindung mit einer Anordnung des Verstärkungselements auf der dem ersten Substrat zugewandten Substratseite des zweiten Substrats und/oder in einer Durchführung beziehungsweise Ausnehmung des zweiten Substrats den Vorteil hat, dass bei einer bevorzugt vorliegenden Verbindung des Verstärkungselements mit dem ersten Substrat nach dem Erwärmen und Verformen ein Abheben des ersten Substrats und des mit ihm verbundenen Verstärkungselements vom zweiten Substrat möglich ist und so keine aufwendigen Prozesse zur Entfernung des zweiten Substrats gefahren werden müssen. Das zweite Substrat kann dann zum Beispiel ohne regenerative Maßnahmen wiederverwendet werden.
Eine Anordnung des Verstärkungselements zwischen dem ersten und zweiten Substrat kann alternativ während des Verfahrensschritts des Erwärmen und Verformens erfolgen. Die vorherigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 bezüglich des Erwärmen und Verformens des ersten Substrats gelten äquivalent in Bezug auf das Erwärmen und Verformen des ersten Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei dieser äquivalenten Betrachtungsweise der Basisstapel beziehungsweise das Verstärkungselement gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 durch den weiteren Basisstapel beziehungsweise das weitere
Verstärkungselement gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 zu ersetzen sind.
Der Verfahrensschritt des Erwärmen und Verformens des ersten Substrats erfolgt derart, dass ein Bereich des ersten Substrats mit dem mindestens einen Verstärkungselement in Kontakt gebracht wird, wobei zumindest ein Teil des Verstärkungselements beabstandet zum ersten Substrat angeordnet ist. Durch das Erwärmen und Verformen wird ein Bereich des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement, insbesondere dem beabstandet angeordneten Teil des Verstärkungselements, in Kontakt gebracht. Dabei wird bevorzugt der mit dem ersten Substrat in Kontakt gebrachte Oberflächenbereich des Verstärkungselements, der beispielsweise eine hohe Oberflächenqualität mit geringer Rauigkeit und geringer Ebenheitsabweichung aufweist, auf das erste Substrat abgeformt und so ein qualitativ hochwertiger optischer Bereich im ersten Substrat erzeugt. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Anforderungen an die Oberflächenqualität der entsprechenden Substratseite/n des bereitgestellten ersten Substrats geringer sein können und damit ein eventuell notwendiger Bearbeitungsschritt, wie z.B. das Polieren, entfallen kann.
Häufig ist in diesem Fall der Auslenkungsbereich mit dem Verformungsbereich des ersten Substrats identisch. In einer besonderen Ausgestaltung kann der Auslenkungsbereich aus dem Verformungsbereich und einem nicht für die Verformung vorgesehenen Bereich des ersten Substrats bestehen. In diesem Fall wird durch lokale Erwärmung des
Verformungsbereichs ein Auslenken des nicht für die Verformung vorgesehenen Bereichs des ersten Substrats und damit ein Inkontaktbringen dieses Bereichs des ersten Substrats mit dem Verstärkungselement gewährleistet. Im Ergebnis entsteht ein verschobener und/oder geneigter Bereich im ersten Substrat.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zumindest Teilbereiche der durch das Erwärmen und Verformen miteinander in Kontakt gebrachten Bereiche des ersten Substrats und des Verstärkungselements miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Eine solche Verbindung wird bevorzugt durch thermisches Bonden erreicht. Dadurch wird ein besonders effektives Abformen des
Oberflächenbereichs beziehungsweise der Oberflächenstruktur des Verstärkungselements auf das erste Substrat gewährleistet und das Verstärkungselement kann nach dem Erwärmen und Verformen zusammen mit dem ersten Substrat vom zweiten Substrat entfernt werden. Nach dem Entfernen des Verstärkungselements vom ersten Substrat können das Verstärkungselement und das zweite Substrat dann vorzugsweise
wiederverwendet werden.
Insbesondere wenn das mindestens eine Verstärkungselement, das mindestens eine weitere Verstärkungselement, die mindestens eine Auflagestruktur und/oder das mindestens eine Fixierungselement, die im Weiteren unter der Bezeichnung
" Hilfselemente " zusammengefasst werden, keine weiteren Funktionen zu erfüllen haben, werden diese bevorzugt in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest teilweise, bevorzugt komplett, entfernt.
Besonders bevorzugt erfolgt das Entfernen derart, dass mindestens eines der
Hilfselemente wiederverwendet und mehrfach eingesetzt werden kann, wodurch die Effizienz des Verfahrens erhöht und der Fertigungsaufwand beziehungsweise die Fertigungskosten reduzieren werden können.
Dies lässt sich insbesondere dadurch realisieren, dass mindestens eines der Hilfselemente zumindest in dem Bereich/en, der mit dem ersten Substrat in Verbindung gebracht wird, eine Opferschicht aufweist, die nach dem Verformen des ersten Substrats zur Freigabe des Hilfselements entfernt wird. Alternativ kann die Opferschicht erst auf dem ersten Substrat aufgebracht und strukturiert werden, wobei die Hilfselemente dann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt auf der Opferschicht und damit auf dem ersten Substrat angeordnet werden.
Eine bevorzugte Opferschicht enthält oder besteht aus Silizium, Germanium, Zinkoxid, Molybdän und/oder Wolfram. Für solche über eine Opferschicht mit dem ersten Substrat in Verbindung stehende Hilfselemente können Materialien, wie z.B. hochschmelzende bzw. hochtemperaturfeste Gläser (z.B. Corning Eagle XG®, Corning Lotus Glass®, Schott AF32®), einsetzt werden, die sich bei einer direkten Verbindung mit dem ersten Substrat unter der Maßgabe, dass das erste Substrat beziehungsweise die fertiggestellte
Komponente nicht beschädigt werden soll, nur mit hohen Aufwand entfernen lassen. Für bestimmte Anwendungen kann es allerdings von Vorteil sein, dass Teile des
Verstärkungselements beziehungsweise des weiteren Verstärkungselements, zum Beispiel als rahmenförmige Stabilisierungsstruktur oder Blendenstruktur, auf dem ersten Substrat beziehungsweise der fertigen optischen Komponente verbleibt.
Auch das mindestens eine zweite Substrat wird nach dem Verformen bevorzugt komplett entfernt. In manchen Fällen sind auf dem zweiten Substrat allerdings die zu
verkapselnden Mikro-Systeme angeordnet, so dass ein Bestehen bleiben der Verbindung zwischen Basisstapel beziehungsweise weiteren Basisstapel und dem Grundstapel beziehungsweise dem zweiten Substrat durchaus sinnvoll sein kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zumindest Teilbereiche des ersten Substrats mit mindestens einer Veredlungsbeschichtung - insbesondere mit einer
Entspiegelungsbeschichtung, einer Antistatik-Beschichtung, einer Reflexionsbeschichtung und/oder einer Absorbtionsbeschichtung, und/oder funktionalen Oberflächenstrukturen versehen, wodurch sich die Funktionalität der optischen Komponente verbessern lässt. Bevorzugt eingesetzte Veredlungsbeschichtungen sind Entspiegelungsbeschichtungen, die z.B. Reflexionen an einem Deckel, insbesondere an dessen optischen Fenstern, und damit Strahlungsverluste weiter verringern. Solche Entspiegelungsbeschichtungen lassen sich zum Beispiel durch Schichtsysteme aus Magnesiumfluorid und Titanoxid, oder Siliziumdioxid und Titanoxid realisieren.
Des Weiteren finden bevorzugt Antistatik-Beschichtungen, die ein elektrisches Aufladen der optischen Komponente minimieren, Verwendung.
Ein für Antistatik-Beschichtungen in optischen Anwendungen besonders geeignetes Material ist ITO (Indiumzinnoxid), da es dotiert eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und über einen breiten Wellenlängenbereich eine hohe Transparenz aufweist. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn Reflexionsbeschichtungen, zum Beispiel Metallschichten, als Veredlungsbeschichtungen aufgebracht werden, die nach
Strukturierung lokal reflektierende Bereiche bilden, zum Beispiel um einen einfallenden Lichtstrahl räumlich zu begrenzen (Blendenfunktion) oder um in Nachbarschaft zu den optischen Fenstern einen statischen Umlenkspiegel zu bilden. Bevorzugt eingesetzte Veredlungsbeschichtungen sind des Weiteren
Absorptionsbeschichtungen, die elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängen oder ganzer Wellenlängenbereiche absorbieren.
Funktionale Oberflächenstrukturen sind im Sinne der Erfindung geometrische
Modifikationen der Oberfläche im Mikro- und/oder Nanometerbereich, wodurch bestimmte Oberflächeneigenschaften gezielt beeinflusst werden können. So kann durch den bevorzugten Einsatz von Mottenaugenstrukturen (siehe Druckschrift D.G. Stavenga, S. Foletti, G. Palasantzas, K. Arikawa " Light on the moth-eye corneal nipple array of butterflies" , Proceedings of the Royal Society B (2006) 273, 661 -667, doi:
10.1098/rspb.2005.3369, Published online 6 December 2005), deren strukturellen Abmaße unterhalb der Wellenlänge der in der Anwendung eingesetzten Strahlung liegen, der Brechungsindex einer Grenzschicht -wie sie zum Beispiel zwischen einer Glasoberfläche und der sie umgebenden Luft besteht - verringert werden, weshalb sich Mottenaugenstrukturen zur Entspiegelung von Oberflächen eignen. Eine solche
Entspiegelung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich eine Beschichtung aus Haftungsgründen als ungeeignet erweist.
Mottenaugenstrukturen lassen sich beispielsweise mit Hilfe von Prägeverfahren nach der Formgebung des ersten Substrats auf den Oberflächen des ersten Substrats erzeugen. Das Einprägen solcher Strukturen in geneigte und/oder verschobene Oberflächen ist allerdings äußerst problematisch. Insbesondere auf geneigten Oberflächen lassen sich Mottenaugenstrukturen durch die Ausnutzung der Fließeigenschaften des ersten Substrats herstellen.
Entsprechend werden in einer bevorzugten Ausführungsform Mottenaugenstrukturen als funktionale Oberflächenstrukturen derart erzeugt, dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren
Verstärkungselements auf/mit dem ersten Substrat zumindest der Bereich des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren Verstärkungselements, der mit dem ersten Substrat in Kontakt gebracht wird, mit einer Negativform der
Mottenaugenstrukturen versehen wird und nach dem Anordnen und oder dem
Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren Verstärkungselements auf/mit dem ersten Substrat während der Formgebung des ersten Substrats die Mottenaugenstrukturen auf der ersten und/oder zweiten Substratseite des ersten Substrats erzeugt werden, indem die Negativform in dem mindestens einen Verstärkungselement und/oder dem weiteren Verstärkungselement auf die erste und/oder zweite Substratseite des ersten Substrats, insbesondere auf die
Transmissionsflächen der optischen Fenster, abgeformt wird. Dabei fließt das erste Substrat in die durch die Negativform in dem mindestens einen Verstärkungselement und/oder dem weiteren Verstärkungselement vorgegebenen Hohlformen, wodurch die entsprechende Oberflächengeometrie entsteht. Die Formgebung des ersten Substrats und die Erzeugung der Mottenaugenstrukturen können auch zeitlich separiert beziehungsweise nacheinander in unabhängigen Schritten erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Veredlungsbeschichtung derart erzeugt, dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren Verstärkungselements auf/mit dem ersten Substrat zumindest der Bereich des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren Verstärkungselements, der mit dem ersten Substrat in Kontakt gebracht wird, mit der Veredlungsbeschichtung versehen wird und anschließend eine Verbindung zwischen dem ersten Substrat und dem mindestens einen Verstärkungselements und/oder dem weiteren Verstärkungselements durch eine Verbindung zwischen der Veredlungsbeschichtung und dem ersten Substrat hergestellt wird oder dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements und/oder des weiteren Verstärkungselements auf/mit dem ersten Substrat die
Veredlungsbeschichtung auf das erste Substrat aufgebracht wird und anschließend das mindestens eine Verstärkungselement und/oder das weitere Verstärkungselement auf/mit der Veredlungsbeschichtung angeordnet und/oder in Kontakt gebracht wird, wobei nach dem Verformungsschritt das mindestens eine Verstärkungselement und/oder das weitere Verstärkungselement zumindest teilweise entfernt wird und die Veredlungsbeschichtung auf dem ersten Substrat, insbesondere auf den optischen Fenstern, verbleibt. Mit dem Aufbringen der Veredlungsbeschichtung auf das erste Substrat vor der Verformung des ersten Substrats lässt sich insbesondere auf geneigten optischen Bereichen, wie zum Beispiel geneigten optischen Fenstern, eine homogene Veredlungsbeschichtung mit geringen Toleranzen in der Dicke der einzelnen Schichten der Veredlungsbeschichtung realisieren. Beim Aufbringen der Veredlungsbeschichtung nach der Verformung des ersten Substrats muss die Abscheidung und eine eventuelle Strukturierung der einzelnen Schichten zum Beispiel auf geneigten Bereichen beziehungsweise Oberflächen erfolgen, woraus insbesondere bei der Verwendung von anisotropen Abscheideverfahren
Unterschiede in den Dicken der einzelnen Schichten und damit ortsabhängige
Differenzen in den Eigenschaften beziehungsweise in der optischen Funktionalität der Veredlungsbeschichtung und damit der optischen Komponente resultieren können. Eine nach dieser Ausführungsform hergestellte Breitbandentspiegelungsbeschichtung könnte beispielsweise auf einer Schichtfolge aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid basieren. In diesem Fall wird zuerst die Siliziumoxidschicht auf das Verstärkungselement, zum Beispiel aus Silizium, aufgebracht. Anschließend wird auf die Siliziumoxidschicht die Siliziumnitridschicht aufgebracht. Danach wird die Schichtfolge aus Verstärkungselement, Siliziumoxidschicht und Siliziumnitridschicht mit dem ersten Substrat verbunden, indem die Siliziumnitridschicht mit dem ersten Substrat in Verbindung gebracht wird. Nach selektiver Entfernung des Verstärkungselements bleibt eine Schichtfolge aus erstem Substrat, Siliziumnitridschicht und Siliziumoxidschicht und damit ein mit einer
Entspiegelungsbeschichtung versehenes erstes Substrat bestehen. Statt Siliziumnitrid kann alternativ auch Titandioxid verwendet werden.
Auch Kombinationen aus Veredlungsbeschichtung und funktionalen
Oberflächenstrukturen, zum Beispiel einer Kombination aus Antistatik-Beschichtung und Mottenaugenstrukturen, können Verbesserungen der Funktionalität der optischen Komponente bewirken.
Beispiele
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung anhand von Beispielen nachfolgend näher beschrieben.
Fig. 2 zeigt einen mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Deckel 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 und verschobenen optischen Fenstern 30 und deren Verwendung zur Verkapselung eines Mikrospiegels 25.
Fig. 3 zeigt die Schrittfolge einer Prozessvariante zur Herstellung eines Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach
Anspruch 1 . Fig. 4 zeigt die Schrittfolge einer Prozessvariante zur Herstellung eines Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach
Anspruch 1 unter Verwendung von Auflagestrukturen 13.
Fig. 5-5.4 zeigt die Schrittfolge weiterer Prozessvarianten zur Herstellung eines
Deckels 22 mit verschobenen optischen Fenstern 30 nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren nach Anspruch 1 (Fig. 5-5.1 ), Anspruch 2 (Fig. 5.2-5.3) und Anspruch 3 bzw. 4 (Fig. 5.4).
Fig. 6-6.3 zeigt die Schrittfolge weiterer Prozessvarianten zur Herstellung eines
Deckels 22 mit verschoben und geneigt ausgeführten optischen Fenstern 32 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 (Fig. 6), Anspruch 2 (Fig. 6.1 -6.2) und Anspruch 3 bzw. 4 (Fig. 6.2-6.3).
Fig. 7-7.3 zeigt die Schrittfolge weiterer Prozessvarianten zur Herstellung eines
Deckels 22 mit zwei geneigten optischen Fenstern 8 in einem Auslenkungsbereich 21 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 (Fig. 7-7.2) und Anspruch 2 bzw. 3 (Fig. 7.3).
Fig. 8-8.4 zeigt die Schrittfolge weiterer Prozessvarianten zur Herstellung eines
Deckels 22 mit zwei geneigten 8 und einem verschobenen optischen Fenster 30 in einem Auslenkungsbereich 21 nach den erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 (Fig. 8, 8.4) und Anspruch 2 bzw. 3 (Fig. 8.1 -8.4). Fig. 9-9.1 zeigt den Einsatz von Fixierungselementen 16.
Fig. 10 zeigt das Einbringen einer durch eine mechanische Wechselwirkung bedingten Kraft mittels Formgebungsvorrichtungen 18.
Fig. 1 1 zeigt die Schrittfolge einer Prozessvariante zur Herstellung eines Deckels 22 mit verschoben und geneigt ausgeführten optischen Fenstern 32 mit Mottenaugenstrukturen als funktionale Oberflächenstruktur.
Fig. 12 zeigt die Schrittfolge einer Prozessvariante zur Herstellung eines nicht einstückig ausgeführten Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8. Fig. 2a zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Deckel 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 beziehungsweise den Ausschnitt eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren strukturierten beziehungsweise geformten Glaswafers, der zum Verkapseln eines gesamten Siliziumwafers verwendet werden kann. Den Ausgang bildet ein beidseitig ebener, planparallele Substratebenen 1 a, 1 b aufweisender Glaswafer 1 aus Borsilikatglas. Beide Waferseiten beziehungsweise Waferebenen 1 a, 1 b sind poliert ausgeführt, um eine geringe Oberflächenrauigkeit und damit eine hohe Qualität der geneigten optischen Fenster 8 zu gewährleisten. Die geneigten optischen Fenster 8 sind in einem zweidimensionalen Array angeordnet und weisen in Bezug auf die umlaufenden Kontaktflächen 23 üblicherweise eine Neigung zwischen etwa 5° und etwa 20°, bevorzugt etwa 1 5° auf. Die umlaufenden Kontaktflächen 23 sind um jedes geneigte optische Fenster 8 rahmenförmig geschlossen angeordnet und eben ausgeführt. Entsprechend dimensionierte rahmenförmig geschlossene ebene Flächen sind auf dem Trägersubstrat beziehungsweise Trägerwafer 24 als Gegenkontaktflächen vorgesehen, so dass eine zur Umgebung hermetisch dicht abschließende Verbindung ermöglicht wird.
Die geneigten optischen Fenster 8 sind beidseitig mit einer Entspiegelungsbeschichtung aus einem Schichtsystem aus Siliziumdioxid und Titanoxid versehen.
Die Fig. 2b-2e zeigen jeweils zwei Verwendungsvarianten eines Deckels 22 mit geneigtem optischen Fenster 8 und verschobenem optischen Fenster 30 zur
Verkapselung eines Mikrospiegels 25.
Fig. 3-3g zeigen die Schrittfolge einer Prozessvariante zur Herstellung eines Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 . Das zum Prozessbeginn bereitgestellte erste Substrat 1 ist ein beidseitig ebener, planparallele Substratebenen 1 a, 1 b aufweisender Glaswafer aus Borsilikatglas, der vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 500 μητι und etwa 1000 pm, in diesem Fall 725 pm, aufweist. Beide Waferseiten beziehungsweise Waferebenen 1 a, 1 b des
Glaswafers 1 sind poliert und weisen damit eine hohe Oberflächenqualität mit einer quadratischen Oberflächenrauigkeit von etwa 25 nm auf.
Des Weiteren werden Verstärkungselemente 4 aus Silizium, die aus einem
Siliziumwafer 4a gesägt wurden (Fig. 3), bereitgestellt. Die Verstärkungselemente 4 weisen bevorzugt eine Dicke zwischen etwa 100 pm und etwa 300 pm, in diesem Fall 200 m, auf und werden mittels Vakuumhandler 3 auf eine der Substratseiten 1 a, 1 b des Glaswafers 1 angeordnet beziehungsweise positioniert, wodurch der Basisstapel 7 entsteht (Fig. 3a).
Zur Erhöhung der Lagestabilität der Verstärkungselemente 4 werden die
Verstärkungselemente 4 mittels anodischen Bondens mit dem Glaswafer 1 verbunden. Mit der anderen Substratseite 1 a, 1 b des Glaswafers 1 wird äquivalent verfahren, so dass auf beiden Substratseiten 1 a, 1 b des Glaswafers 1 Verstärkungselemente 4 angeordnet sind, die mit dem Glaswafer 1 in Verbindung stehen.
Um eine stabilere Anordnung der Verstärkungselemente 4 auf dem Glaswafer 1 vor dem Verbinden zu gewährleisten, können in einer weiteren Variante die
Verstärkungselemente 4 mittels Vakuumhandler 3 in ein Aufnahmesubstrat 2 auf Basis eines Siliziumwafers, der Aufnahmevertiefungen 37 zur Aufnahme der
Verstärkungselemente 4 aufweist, übertragen werden. Die Aufnahmevertiefungen 37 im Aufnahmesubstrat 2 werden vorher mittels trockenchemischen Ätzverfahrens erzeugt und sind derart ausgespart, dass die Verstärkungselemente 4 in ihrer Endposition auf dem Aufnahmesubstrat 2 über die Begrenzungsflächen 36 des Aufnahmesubstrats 2 hinausragen (Fig. 3b). Auch in diesem Fall wird erst die eine Substratseite 1 a, 1 b des Glaswafers 1 prozessiert, also die Verstärkungselemente 4 im Aufnahmesubstrat 2 angeordnet und dann mit dem Glaswafer 1 verbunden (Fig. 3b_1 ), und dann wird die zweite Substratseite 1 a, 1 b des Glaswafers 1 in äquivalenter Weise prozessiert. Dabei wird der durch die Prozessierung der ersten Substratseite 1 a, 1 b des Glaswafers 1 entstandene Basisstapel 7 durch lösen der formschlüssigen Verbindung zwischen
Basisstapel 7 und Aufnahmesubstrat 2 freigeben (Fig. 3b_2); anschließend wird das Aufnahmesubstrat 2 erneut mit Verstärkungselementen 4 bestückt und diese werden dann mit der zweiten Substratseite 1 a, 1 b des Glaswafers 1 verbunden.
Im Ergebnis sind auch bei dieser Variante auf beiden Substratseiten 1 a, 1 b des
Glaswafers 1 Verstärkungselemente 4 angeordnet, die mit dem Glaswafer 1 verbunden sind (Fig. 3c). Die Verstärkungselemente 4 sind in den Bereichen des Glaswafers 1 angeordnet, die als geneigte optische Fenster 8 fungieren.
Im nächsten Verfahrensschritt wird als mindestens zweites Substrat 5 ein weiterer Siliziumwafer mit dritten Vertiefungen 6 bereitgestellt und mit dem Basisstapel 7, insbesondere mit dem Glaswafer 1 , durch anodisches Bonden zu einem Schichtsystem 12 verbunden. Dabei werden der Basisstapel 7 und der Siliziumwafer 5 so zueinander angeordnet, dass die dritten Vertiefungen 6 im Siliziumwafer 5 nach dem Verbinden mit dem Basisstapel 7 zur Umgebung hermetisch dicht abschließende Hohlräume 10 zwischen dem Silizumwafer 5 und dem Basisstapel 7 bilden, die die dem Siliziumwafer 5 zugewandten Verstärkungselemente 4 einschließen. Zudem sind die
Verstärkungselemente 4 nicht zentrisch im Auslenkungsbereich 21 und damit zwischen den Auflageflächen 1 1 beziehungsweise Auflagebereichen 1 1 a angeordnet. Ein Kontakt zwischen den Verstärkungselementen 4 und dem Siliziumwafer 5 besteht vor dem Erwärmen und Verformen nicht, wie Fig. 3d zeigt.
Das anodische Bonden erfolgt bei Temperaturen von etwa 400°C und einem Druck von etwa 600 mbar oder etwa 800 mbar.
Beim folgenden Prozessschritt wird das Schichtsystem 12 aus Siliziumwafer 5 und Basisstapel 7 zuerst erwärmt. Bei Verwendung eines Glaswafers 1 aus Borsilikatglas, mit einer Erweichungstemperatur von etwa 820 °C, wird das Schichtsystem 12 aus
Siliziumwafer 5 und Basisstapel 7 auf etwa 800 °C erwärmt. Durch die im Vergleich zum Bondprozess erhöhte Temperatur steigt der Druck in den Hohlräumen 10 von etwa 600 mbar auf etwa 900 mbar oder von etwa 800 mbar auf etwa 1200 mbar. Der entsprechend herrschende Unterdruck oder Überdruck in Bezug auf den
atmosphärischen Luftdruck der Umgebung führt zu einer das Glassubstrat 1 in die dritten Vertiefungen 6 des Siliziumwafers 5 hineinziehenden oder herausdrückenden
Kraftwirkung, wodurch die durch die Verstärkungselemente 4 abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafer 1 geneigt werden, wie die Fig. 3e und 3f zeigen. Der Verformungsschritt wird bei Kontakt der Verstärkungselemente 4 am Boden 31 der dritten Vertiefungen 6 oder nachdem der Druck in den Hohlräumen 10 verformungsgedingt den Wert des Umgebungsdrucks erreicht hat abgebrochen.
Im letzten Schritt werden die Verstärkungselemente 4 und der Siliziumwafer 5 vom Glaswafer 1 nasschemisch selektiv entfernt (Fig. 3g).
Fig. 4 zeigt eine weitere Prozessvariante zur Herstellung eines Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von Auflagestrukturen 13. Nach Bereitstellung eines Glaswafers 1 aus Borsilikatglas, Verstärkungselementen 4 aus Silizium und Auflagestrukturen 13 aus Silizium werden, wie bei der vorher beschriebenen Prozessvariante, die
Verstärkungselemente 4 auf beiden Substratseiten 1 a, 1 b des Glaswafers 1 angeordnet und mittels anodischen Bondens mit dem Glaswafer 1 verbunden, um einen Basisstapel 7 zu erzeugen. Die Auflagestrukturen 13 werden in denselben Prozessschritten wie die Verstärkungselemente 4 angeordnet und mit dem Glaswafer 1 verbunden. In diesem Fall sind nur auf einer Substratseite 1 b des Glaswafers 1 Auflagestrukturen 1 3 vorgesehen. Die Verstärkungselemente 4 werden in den Bereichen des Glaswafers 1 , die als geneigte optische Fenster 8 fungieren, angeordnet. Die Auflagestrukturen 1 3 werden in den Bereichen des Glaswafers 1 , die als Auflageflächen 1 1 beziehungsweise
Auflagebereiche 1 1 a vorgesehen sind, angeordnet (Fig. 4a). Die Auflagestrukturen 13 bilden dabei einen geschlossenen Rahmen um ein auf derselben Substratseite 1 b des Glaswafers 1 angeordnetes Verstärkungselement 4 und dienen als Schutz der
Auflageflächen 1 1 des Glaswafers 1 beim Kontakt des Basisstapels 7 mit dem zweiten Substrat 5. Durch diesen Schutz wird ein direkter Kontakt zwischen dem Glaswafer 1 und dem zweiten Substrat 5 vermieden, wodurch die hohe Ebenheit und die geringe Rauigkeit der Auflageflächen 1 1 unabhängig von der Oberflächenqualität des zweiten Substrats 5 erhalten werden kann.
Die Verstärkungselemente 4 sind wiederum nicht zentrisch zwischen den
Auflageflächen 1 1 beziehungsweise Auflagestrukturen 13 angeordnet.
Als zweites Substrat 5 wird ein Substrat beziehungsweise Werkzeug eingesetzt, das dritte Vertiefungen 6 aufweist. Zudem besteht das zweite Substrat 5 aus Graphit oder zumindest die Gegenkontaktflächen 14 des zweiten Substrats, die für den Kontakt mit dem Basisstapel 7 vorgesehen sind, sind mit Graphit beschichtet. Des Weiteren weist dieses Graphit aufweisende zweite Substrat 5 mindestens einen Kanal 1 5 auf, der den Anschluss einer externen Vakuumpumpe gewährleistet.
Im nächsten Verfahrensschritt werden die Auflagestrukturen 13 des Basisstapels 7 und das Graphit aufweisende zweite Substrat 5 derart miteinander in Kontakt gebracht, dass die dritten Vertiefungen 6 im zweiten Substrat 5 nach dem in Kontakt bringen mit dem Basisstapel 7 zur Umgebung abschließende Hohlräume 10 zwischen dem zweiten Substrat 5 und dem Basisstapel 7 bilden, wobei die Hohlräume 10 die
Verstärkungselemente 4, die dem zweiten Substrat 5 zugewandt sind, einschließen und nicht zur Umgebung hermetisch dicht abgeschlossen sein müssen. Über die Kanäle 1 5 wird mittels externer Vakuumpumpe ein Unterdruck in den Hohlräumen 10 erzeugt (Fig. 4b). Der nachfolgende Erwärmungs- und Verformungsschritt wird, wie bei der vorherigen Prozessvariante beschrieben, durchgeführt.
Im Anschluss wird in den Hohlräumen 10 wieder Umgebungsdruck (z.B. atmosphärischer Luftdruck) eingestellt. Dadurch lässt sich der Basisstapel 7 vom zweiten Substrat 5 abheben beziehungsweise trennen, wie in Fig. 4c dargestellt.
Im abschließenden Prozessschritt werden die Verstärkungselemente 4 und die
Auflagestrukturen 13 durch nasschemisches selektives Ätzen vom Glaswafer 1 entfernt (Fig. 4d).
In Fig. 5-5.4 ist dargestellt, wie sich mit den erfindungsgemäßen Verfahren ein Deckel 22 mit verschoben ausgeführten optischen Fenstern (verschobenen optischen Fenstern) 30 herstellen lässt. Diese und die im Folgenden dargestellten Prozesse basieren auf den zuvor beschriebenen Prozessvarianten.
Bei den Prozessvarianten Fig. 5.2, 5.3 und 5.4 werden die Verstärkungselemente in der bereits beschriebenen Art und Weise bereitgestellt und zumindest auf das zweite Substrat übertragen beziehungsweise auf diesem angeordnet.
Gemäß Fig. 5-5.2 und Fig. 5.4 wird, wie oben beschrieben, für das zweite Substrat 5 ein Substrat beziehungsweise Werkzeug verwendet, das dritte Vertiefungen 6 aufweist. Nach dem Verfahren nach Fig. 5.3 dienen Auflagestrukturen 13 als Abstandshalter zwischen dem ersten 1 und dem zweiten Substrat 5, so dass ein ebenes zweites
Substrat 5 Verwendung finden kann.
Um die Lagestabilität der Verstärkungselemente 4 auf dem Glaswafer 1 und/oder dem zweiten Substrat 5 zu erhöhen, weist der Glaswafer 1 (Fig. 5.1 ) und/oder das zweite Substrat 5 (Fig. 5.2 und 5.4) Justiervertiefungen 5b, 5c auf. Dadurch kann das Risiko für ein laterales Verschieben der Verstärkungselemente 4 reduziert werden.
Ein Verschieben beziehungsweise ein aus den Substratebenen 1 a, 1 b Parallelverschieben der durch die Verstärkungselemente 4 abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafers 1 kann durch eine zentrische Anordnung der Verstärkungselemente 4 in den
Auslenkungsbereichen 21 (Fig. 5-5.1 und Fig. 5.4) beziehungsweise durch eine, insbesondere zentrische, Anordnung der Verstärkungselemente 4 in den den
Auslenkungsbereichen 21 zugewandten Bereichen des zweiten Substrats 5, wie z.B. den Bereichen zwischen den Auflagestrukturen 13 (Fig. 5.3) oder auf dem Boden 31 der dritten Vertiefungen 6 (Fig. 5.2), unterstützt werden. Der Verformungsschritt kann so lange erfolgen, bis die Verstärkungselemente 4 oder der Glaswafer 1 auf dem Boden 31 der dritten Vertiefungen 6 des zweiten Substrats 5 beziehungsweise den dort angeordneten Verstärkungselementen 4 aufliegen.
Gemäß dem Verfahren nach Fig. 5.4 werden aus einem Verstärkungssubstrat 4a gesägte Verstärkungselemente 4 aus Silizium auf dem zweiten Substrat 5 angeordnet. Zudem wird ein Glaswafer 1 bereitgestellt, der Verstärkungselemente 4 aus Silizium aufweist. Die Prozessierung dieser Anordnung kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Siliziumwafer als Verstärkungsschicht 4a bereitgestellt wird, der auf der mit dem
Glaswafer 1 in Verbindung zu bringenden Waferseite zweite Vertiefungen 4b aufweist. Die zweiten Vertiefungen 4b sollen beim Verbinden von Glaswafer 1 und
Siliziumwafer 4a in den Bereichen des Glaswafers 1 , in denen keine
Verstärkungselemente 4 vorgesehen sind, einen Kontakt zwischen Glaswafer 1 und Siliziumwafern 4a vermeiden, um diese Bereiche des Glaswafers 1 für weitere
Verbindungs- und/oder Kontaktierungsschritte, zum Beispiel anodisches Bonden des Glaswafers 1 mit dem zweiten Substrat 5, zu konservieren. Die zweiten Vertiefungen 4b weisen Tiefen von etwa 0,7 pm auf.
Mittels anodischen Bondens wird der Siliziumwafer 4a mit einer der Substratseiten 1 a, 1 b des Glaswafers 1 zu einem weiteren Basisstapel 7 verbunden.
Im anschließenden Strukturierungsprozess wird der Siliziumwafer 4a des weiteren Basisstapels 7 durch nasschemische Ätzverfahren und/oder Trockenätzverfahren derart strukturiert, dass in den Bereichen des Glaswafers 1 , die als optische Fenster 30 fungieren, Silizium als Verstärkungselemente 4 verbleibt (Fig. 5.4c). Im Ergebnis sind die einzelnen Verstärkungselemente 4 vollständig durch von Silizium befreite Bereiche des Glaswafers 1 umgeben beziehungsweise voneinander getrennt. Durch eine zumindest in Teilbereichen geneigte Ausführung der Böden 31 der dritten
Vertiefungen 6 und/oder eine nicht zentrische Anordnung der Verstärkungselemente 4 in den Auslenkungsbereichen 21 lässt sich ein Deckel 22 mit verschoben und geneigt ausgeführten optischen Fenstern 32 herstellen, wie in Fig. 6-6.3 gezeigt wird.
Bei der Prozessvariante nach Fig. 6.1 wird die Lagestabilität der Verstärkungselemente 4 wiederum durch Justiervertiefungen 5c im zweiten Substrat 5 (Fig. 6.1 b_1 ) verbessert. Im Zuge des Erwärmen und Verformens wird der Glaswafer 1 mit den
Verstärkungselementen 4 in Kontakt gebracht. Das Inkontaktbringen führt auf Grund der hohen Erwärmungstemperatur von z.B. 800°C durch einen thermischen Bondvorgang zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Glaswafer 1 und den
Verstärkungselementen 4. Nachdem in den dritten Vertiefungen 6 des zweiten
Substrats 5 Umgebungsdruck hergestellt wurde, kann der Glaswafer 1 mit den
Verstärkungselementen 4 vom zweiten Substrat 5 abgehoben werden. Auf Grund dieser materialschonenden Trennmethode lässt sich das zweite Substrat 5 wiederverwenden. Nach dem Abheben des Glaswafers 1 mit den Verstärkungselementen 4 vom zweiten Substrat 5 können die Verstärkungselemente 4 mittels naßchemischen selektiven Ätzens vom Glaswafer 1 entfernt werden.
Alternativ können, wie in Fig. 6.2 dargestellt, die Oberflächenbereiche der abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafers 1 , auf denen keine Verstärkungselemente 4 angeordnet und die z.B. als Transmissionsflächen 9 der optischen Fenster 32 vorgesehen sind, einem weiteren Formgebungsprozess unterzogen werden, um die z.B. durch den ersten Formgebungsprozess beeinträchtigte Oberflächenqualität, insbesondere
Ebenheitsabweichungen wie z.B. Durchwölbungen, zu verbessern, insbesondere zu planarisieren.
Dazu werden auf einem weiteren zweiten Substrat 5a Verstärkungselemente 4, die insbesondere als Abformelemente fungieren, angeordnet und die Substratseite 1 a des Glaswafers 1 , die keine Verstärkungselemente 4 aufweist, wird mit dem weiteren zweiten Substrat 5a beziehungsweise den darauf angeordneten
Verstärkungselementen 4 in Kontakt gebracht. Im Beispiel nach Fig. 6.2c werden nur die später als Kontaktbereiche bzw. Kontaktflächen fungierenden Bereiche des Glaswafers 1 oder nur der Waferrand des Glaswafers 1 mit dem weiteren zweiten Substrat 5a in Kontakt gebracht. Alternativ können, insbesondere zusätzlich, zumindest Teilbereiche der abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafers 1 mit den auf dem weiteren zweiten
Substrat 5a angeordneten Verstärkungselementen 4 in Kontakt gebracht werden.
Ein folgender Erwärmungs- und Verformungsschritt des Glaswafers 1 führt zu einem Abformen der Oberflächenbereiche der Verstärkungselemente 4, die auf dem weiteren zweiten Substrat 5a angeordnet und dem Glaswafer 1 zugewandt sind, auf den
Glaswafer 1 . Da die entsprechenden Oberflächenbereiche der Verstärkungselemente 4 poliert ausgeführt sind, wird ihre hohe Oberflächenqualität, insbesondere die geringe Rauigkeit und die hohe Ebenheit, auf den Glaswafer 1 übertragen. Im Ergebnis weisen die optischen Fenster 32 (beziehungsweise deren Transmissionsflächen 9) des hergestellten Deckels 22 eine beidseitig hohe Oberflächenqualität auf.
Alternativ zur Kombination der Prozessvarianten nach Fig. 6.1 und 6.2 kann, wie in Fig. 6.3 dargestellt, eine Substratseite 1 b des Glaswafers 1 vor dem Erwärmen und Verformen mit Verstärkungselementen 4 versehen werden, und die andere Substratseite 1 a des Glaswafers 1 wird im Zuge des Erwärmen und Verformens mit auf dem zweiten Substrat 5 angeordneten Verstärkungselementen 4 in Kontakt gebracht. Dadurch entstehen ebenfalls beidseitig durch Verstärkungselemente 4 unterstützte Bereiche des Glaswafers 1 , die nach dem Entfernen der Verstärkungselemente 4 eine hohe
Oberflächenqualität aufweisen.
Weitere Modifikationen der beschriebenen Prozessvarianten zur Herstellung eines Deckels 22 nach den erfindungsgemäßen Verfahren sind in den Fig. 7-7.3 und Fig. 8-8.4 dargestellt.
Durch Anordnung mehrerer Verstärkungselemente 4 in einem Auslenkungsbereich 21 (z.B. Fig. 7, 7.2-7.3, Fig. 8-8.1 , 8.3) und/oder in einem dem Auslenkungsbereich 21 zugewandten Bereich des zweiten Substrats 5 (z.B. Fig. 7.3, Fig. 8.1 -8.3)
beziehungsweise durch den Einsatz speziell strukturierter Verstärkungselemente 4 (z.B. Fig. 7.1 , Fig. 8.4) lassen sich durch das Erwärmen und Verformen mehrere verschobene und/oder geneigte Bereiche des Glaswafers 1 beziehungsweise optische Fenster 8, 30, 32 in einem Auslenkungsbereich 21 realisieren.
Durch das Erwärmen und Verformen und das damit verbundene Glasfließen können die Justiervertiefungen 5b im Glaswafer 1 (siehe Fig. 7.2c) reduziert werden oder komplett verschwinden.
Abschließend werden die Verstärkungselemente 4 und die Auflagestrukturen 13 durch nasschemisches selektives Ätzen vom Glaswafer 1 entfernt.
Bei den Prozessvarianten nach Fig. 7.1 und Fig. 8.4 kommen speziell strukturierte Verstärkungselemente 4 zum Einsatz, die Oberflächenbereiche aufweisen, die vor dem Erwärmen und Verformen geneigt zu den Substratebene/n 1 a, 1 b beziehungsweise zu Teilen der Oberflächenbereiche der Auslenkungsbereiche des Glaswafers 1 ausgebildet und im weiteren Prozessverlauf mit Bereichen des Glaswafers 1 in Kontakt gebracht werden. Durch die durch die Verstärkungselemente 4 bedingte Führung der Verformung des Glaswafers 1 und/oder das Abformen der geneigten Oberflächenbereiche der Verstärkungselemente 4 auf den Glaswafer 1 wird eine Unterstützung der Formgebung des Glaswafers 1 durch die Verstärkungselemente 4 gewährleistet. Die
Verstärkungselemente 4 weisen zudem noch einen als Fixierungselement 16 und/oder einen als Auflagestruktur 13 (z.B. als Abstandshalter) fungierenden Bereich auf.
Solche geneigten Oberflächenbereiche der Verstärkungselemente 4 mit hoher
Oberflächenqualität können beispielsweise durch einen KOH-Ätzprozess in
<1 1 1 >-Silizium erzeugt werden.
Fig. 9-9.1 zeigt den Einsatz von Fixierungselementen 16 bei der Herstellung eines Deckels 22 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 . Die
Fixierungselemente 16 können bei der Herstellung der Verstärkungselemente 4 erzeugt werden.
Beim folgenden anodischen Bonden von Basisstapel 7 und dem zweiten Substrat 5, z.B. einem Siliziumwafer, werden die Fixierungselemente 16 nach Fig. 9 zwischen den zu verbindenden Flächen geklemmt und damit fixiert. Um trotz der Fixierungselemente 1 6 eine stabile Verbindung zwischen dem Basisstapel 7 und dem zweiten Substrat 5 gewährleisten zu können, ist das zweite Substrat 5 mit Aufnahmenuten 17 für die Fixierungselemente 16 ausgelegt (Fig. 9b).
Alternativ können die Verstärkungselemente 4 über die Fixierungselemente 16 mit starren beziehungsweise im weiteren Prozessverlauf formstabilen Bereichen des ersten Substrats 1 (Fig. 9.1 b) und/oder des zweiten Substrats 5 (Fig. 9.1 b_1 ) verbunden sein. Eine solche stabile Verbindung kann durch anodisches oder thermisches Bonden gewährleistet werden.
Beim anschließenden Erwärmen und Verformen verhindern die geklemmten
beziehungsweise gebondeten Fixierungselemente 16 ein Verschieben und/oder Verdrehen der Verstärkungselemente 4. Zudem reduzieren die Fixierungselemente 16 unerwünschte Verformungen, zum Beispiel Durchwölbungen, in den durch die
Fixierungselemente 16 abgedeckten Bereichen 38 des Glaswafers 1 (Fig. 9c, 9.1 c_1 ). In der Prozessvariante nach Fig. 9.1 b_1 fungieren die Fixierungselemente 16 zudem als Auflagestrukturen 1 3, die als Abstandshalter eingesetzt werden. Bei den vorher genannten Prozessvarianten wird die Verformung des Glaswafers 1 durch eine Kraft, die aus einer Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und dem in den durch den (weiteren) Basisstapel 7 oder dem Glaswafer 1 und dem zweiten Substrat 5 oder dem Grundstapel 7a eingeschlossenen Hohlräumen 10 vorherrschenden Druck resultiert, unterstützt.
In einer weiteren Prozessvariante nach Fig. 10 wird diese Kraft durch eine
Formgebungsvorrichtung 18 mit einem Stempelelement 19 eingebracht. Dabei wird das Stempelelement 19 so ausgerichtet, dass die Kraft nicht zentrisch in Bezug auf die Verstärkungselemente 4 beziehungsweise auf den Auslenkungsbereich 21 wirkt
(Fig. 10a). Dadurch wird ein Neigen der Verstärkungselemente 4 und der von ihnen abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafers 1 begünstigt. Die Kraft wird aufrechterhalten, bis die gewünschte Neigung der durch die Verstärkungselemente 4 abgedeckten
Bereiche 38 des Glaswafers 1 erreicht ist.
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Neigung der geneigten optischen Fenster 8 werden spezielle Anschlagstrukturen 20, die die maximale Auslenkung des Stempelelements 19 begrenzen, auf dem Glaswafer 1 aufgebracht beziehungsweise angeordnet. Diese Anschlagstrukturen 20 können in Form von ein oder mehreren Schichten oder
Schichtfolgen auf dem Glaswafer 1 aufgebracht werden. Durch die Variation der Dicke der Schichten oder Schichtfolgen lässt sich die maximale Auslenkung des
Stempelelements 19 und damit die gewünschte Neigung einstellen. Der
Formgebungsprozess ist abgeschlossen, sobald die Formgebungsvorrichtung 18 in Kontakt mit den Anschlagstrukturen 20 kommt, wie in Fig. 10b dargestellt ist.
Die Anschlagstrukturen 20 lassen sich, wie für die Verstärkungselemente 4 und/oder Auflagestrukturen 13 beschrieben, auf dem Glaswafer 1 anordnen und mit dem
Glaswafer 1 verbinden.
Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Formgebungsprozesses lässt sich durch ein Stempelelement 19 erreichen, das über eine geneigte Stempelfläche (Fig. 10c), die die für die optischen Fenster 8 gewünschte Neigung aufweist, verfügt.
Die Formgebungsvorrichtung 18 kann so ausgelegt sein, dass sie mehrfach eingesetzt werden kann; indem zum Beispiel ein direkter Kontakt der Formgebungsvorrichtung 18 mit dem Glaswafer 1 vermieden wird (Fig. 10).
Die Prozessvariante nach Fig. 1 1 zeigt die Herstellung eines Deckels 22 mit verschoben und geneigt ausgeführten optischen Fenstern 32, die einseitig mit
Mottenaugenstrukturen 40 als funktionale Oberflächenstruktur versehen sind. Dabei werden die Verstärkungselemente 4 aus Silizium vor dem Anordnen auf dem zweiten Substrat 5 auf der Seite, die beim Erwärmen und Verformen mit dem
Glaswafer 1 in Kontakt gebracht wird, mit einer Siliziumdioxidschicht versehen. Die Siliziumdioxidschicht wird derart strukturiert, dass im Ergebnis die
Verstärkungselemente 4 ottenaugenstrukturen 40 aus Siliziumdioxid aufweisen (Fig. 1 1 a).
Die Verstärkungselemente 4 werden im Weiteren mittels Vakuumhandler 3 auf dem zweiten Substrat 5 angeordnet (Fig. 1 1 b), so dass die Seite der Verstärkungselemente 4, die mit den Mottenaugenstrukturen 40 versehen ist, nach dem Anordnen des
Glaswafers 1 auf dem zweiten Substrat 5 dem Glaswafer 1 zugewandt ist.
Durch das Erwärmen und Verformen wird der Glaswafer 1 mit den
Verstärkungselementen 4 beziehungsweise den Mottenaugenstrukturen 40 in Kontakt gebracht (Fig. 1 1 c), wobei auf Grund der Prozesstemperaturen ein thermischer
Bondprozess eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Mottenaugenstrukturen 40 und Glaswafer 1 bedingt.
Nach Trennen des strukturierten Glaswafers 1 vom zweiten Substrat 5 (Fig. 1 1 d) wird das Silizium der Verstärkungselemente 4 entfernt, wodurch ein Deckel 22 entsteht, dessen verschoben und geneigt ausgeführte Fenster 32 zumindest auf einer der
Transmissionsflächen 9 mit Mottenaugenstrukturen 40 versehenen sind (Fig. 1 1 f). In Anlehnung an die vorher beschriebenen Prozessvarianten können auch Fenster 8, 30, 32 hergestellt werden, bei denen beide Transmissionsflächen 9 mit Mottenaugenstrukturen versehen sind.
Die Prozessvariante nach Fig. 12 zeigt die Herstellung eines nicht einstückig ausgeführten Deckels 22 mit geneigten optischen Fenstern 8.
Ausgangspunkt bildet ein Glaswafer 1 aus ßorsilikatglas, der mit Durchführungen 6b versehen wird. Die Durchführungen 6b können mittels Bohrens (z.B. Ultraschall-, Laserbohren) erzeugt werden. Im Weiteren wird der Glaswafer 1 mit einem
Verstärkungssubstrat 4a aus hochtemperaturfestem bzw. höher schmelzenden Glas (z.B. Corning Eagle XG®, Corning Lotus Glas®, Schott AF32®) durch einen thermischen Bondprozess verbunden. Alternativ kann die Verbindung auch durch einen anodischen Bondprozess hergestellt werden, wobei in diesem Fall auf der mit dem Glaswafer 1 zu verbindenden Seite des Verstärkungssubstrats 4a vor dem Verbindungsschritt eine Siliziumschicht abgeschieden wird. Nach dem anodischen Bonden wird diese
Siliziumschicht in den Bereichen des Verstärkungssubstrats 4a, die als optische Fenster fungieren sollen, entfernt (z.B. mittels naßchemischen Ätzens).
Beide Substratseiten des Verstärkungssubstrats 4a sind poliert und planparallel ausgeführt. Zudem weist das Verstärkungssubstrat 4a zweite Vertiefungen 4b auf, die beim folgenden Sägeschritt zur Erzeugung der Verstärkungselemente 4 einen Kontakt der Säge 3a mit dem Glaswafer 1 verhindern (Fig. 12b). Alternativ können die
Verstärkungselemente 4 vor dem Anordnen auf dem Glaswafer 1 erzeugt (z.B. durch Sägen) und dann auf dem Glaswafer 1 mittels Vakuumhandler 3 angeordnet werden. Der Basisstapel 7 aus Glaswafer 1 und Verstärkungselementen 4 wird auf einem zweiten Substrat 5 aus Graphit, welches dritte Vertiefungen 6 aufweist, angeordnet (Fig. 12d). Beim Erwärmen und Verformen werden auf Grund der Druckdifferenz zwischen dem Druck in den Hohlräumen 10 und dem Umgebungsdruck ein Verschieben und/oder Neigen der abgedeckten Bereiche 38 des Glaswafers 1 begünstigt.
Da die Verstärkungselemente 4 aus einem höherschmelzenden Glas bestehen als der Glaswafer 1 , bleibt ihre Form und ihre Struktur während des Erwärmen und Verformens erhalten. Da die Substratseiten des Verstärkungssubstrats 4a planparallel und poliert ausgeführt sind, verbleiben die Verstärkungselemente 4 auf dem Glaswafer 1 und fungieren als geneigte optische Fenster 8, deren Transmissionsflächen 9 eine hohe Oberflächenqualität, insbesondere eine geringe Ebenheitsabweichung und Rauigkeit, aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 erstes Substrat z.B. Glaswafer
1 a erste Substratebene bzw. Substratseite des ersten Substrats
1 b zweite Substratebene bzw. Substratseite des ersten Substrats
1 c erste Vertiefung im ersten Substrat
2 Aufnahmesubstrat
3 Vakuumhandler
3a Säge
4 Verstärkungselement bzw. weiteres Verstärkungselement
4a Verstärkungssubstrat bzw. Verstärkungsschicht
4b zweite Vertiefung im Verstärkungssubstrat bzw. in der Verstärkungsschicht
5 zweites Substrat z.B. Siliziumwafer
5a weiteres zweites Substrat
5b Justiervertiefung im ersten Substrat
5c Justiervertiefung im zweiten Substrat
6 dritte Vertiefung im zweiten Substrat
6b Durchführung im ersten Substrat
7 Basisstapel bzw. weiterer Basisstapel
7a Grundstapel
8 geneigtes optisches Fenster
9 Transmissionsfläche des optischen Fensters
10 Hohlraum zwischen Basisstapel und zweiten Substrat oder ersten Substrat/weiterer Basisstapel und Grundstapel
1 1 Auflagefläche
1 1 a Auflagebereich
12 Schichtsystem aus Basisstapel und zweiten Substrat oder ersten Substrat/weiterer Basisstapel und Grundstapel
13 Auflagestruktur
14 Gegenkontaktfläche des zweiten Substrats
1 5 Kanal im zweiten Substrat z.B. als Anschluss für eine Vakuumpumpe
16 Fixierungselement
17 Aufnahmenut im zweiten Substrat 18 Formgebungsvorrichtung
19 Stempelelement z.B. mit gerader oder schräger Stempelfläche
20 Anschlagstruktur
21 Auslenkungsbereich
22 Deckel
23 Kontaktfläche des Deckels
24 Trägersubstrat
25 Mikrospiegel
26 Aufhängung des Mikrospiegels
27 Kontaktpad
28 einfallende Strahlung
29 abgelenkte Strahlung
30 verschobenes optisches Fenster
31 Boden der dritten Vertiefung im zweiten Substrat
32 verschoben und geneigt ausgeführtes optisches Fenster
34 Deckeleinheit
36 Begrenzungsfläche des Aufnahmesubstrats
37 Aufnahmevertiefung
38 abgedeckter Bereich des ersten Substrats
40 Mottenaugenstruktur

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Substrats (1 ) und eines zweiten Substrats (5),
- Bereitstellen mindestens eines Verstärkungselements (4) durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat (4a),
- Erzeugen eines Stapels (7) durch Anordnen des mindestens einen
Verstärkungselements (4) auf dem ersten Substrat (1 ), wodurch das
Verstärkungselement (4) einen Bereich des ersten Substrats (1 ) abdeckt,
- in Kontakt bringen des zweiten Substrats (5) mit dem Stapel (7), - Erwärmen und Verformen des ersten Substrats (1 ) derart, dass sich zumindest ein Teil des durch das mindestens eine Verstärkungselement (4) abgedeckten Bereichs des ersten Substrats (1 ) verschiebt und/oder neigt,
und/oder dass ein Bereich des ersten Substrats (1 ) mit dem mindestens einen Verstärkungselement (4) in Kontakt gebracht wird. 2. Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Substrats (1 ) und eines zweiten Substrats (5),
- Bereitstellen mindestens eines Verstärkungselements (4) durch Abtrennen von einem Verstärkungssubstrat (4a),
- Erzeugen eines Stapels (7a) durch Anordnen des mindestens einen
Verstärkungselements (4) auf dem zweiten Substrat (5),
- in Kontakt bringen des ersten Substrats (1 ) mit dem Stapel (7a)
- Erwärmen und Verformen des ersten Substrats (1 ) derart, dass ein Bereich des ersten Substrats (1 ) mit dem mindestens einen Verstärkungselement (4) in Kontakt gebracht wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte erste Substrat (1 ) ein weiteres Verstärkungselement (4) aufweist, wobei das weitere Verstärkungselement (4) einen Bereich des ersten Substrats (1 ) abdeckt und das erste Substrat (1 ) und das weitere Verstärkungselement (4) einen weiteren Stapel (7) bilden, der beim Schritt des Inkontaktbringens mit dem Stapel (7a) aus Verstärkungselement (4) und zweitem Substrat (5) in Kontakt gebracht wird,
und wobei das Erwärmen und Verformen des ersten Substrats (1 ) zudem derart erfolgt, dass sich zumindest ein Teil des durch das weitere
Verstärkungselement (4) abgedeckten Bereichs des ersten Substrats (1 ) verschiebt und/oder neigt,
und/oder dass ein Bereich des ersten Substrats (1 ) mit dem weiteren
Verstärkungselement (4) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des ersten Substrats (1 ) mit dem weiteren Verstärkungselement (4) derart erfolgt, dass das weitere Verstärkungselement (4) durch Abtrennen von einem
Verstärkungssubstrat (4a) bereitgestellt und auf dem ersten Substrat (1 ) angeordnet wird und/oder dass auf dem ersten Substrat (1 ) eine
Verstärkungsschicht (4a) aufgebracht wird, die zur Erzeugung des weiteren Verstärkungselements (4) strukturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Stapels (7a) und dessen Inkontaktbringen mit dem weiteren Stapel (7) beziehungsweise dem ersten Substrat (1 ) derart erfolgt, dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) zumindest teilweise zwischen dem ersten (1 ) und dem zweiten Substrat (5), insbesondere zumindest teilweise auf der dem ersten Substrat (1 ) zugewandten Substratseite des zweiten Substrats (5), angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1 ) zumindest in Teilbereichen Glas, bevorzugt ein Silikatglas, besonders bevorzugt Borsilikatglas, und/oder ein glasähnliches Material enthält oder daraus besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verstärkungssubstrat (4a) eine Platte oder ein Wafer ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verstärkungssubstrat (4a), das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) zumindest in Teilbereichen ein halbleitendes Material, insbesondere Silizium, enthält oder daraus besteht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des ersten Substrats (1 ) und des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Materials des mindestens einen
Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) kleiner gleich 5 ppm/°K, bevorzugt kleiner gleich 1 ppm/°K, ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des mindestens einen
Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) durch Sägen, Laserschneiden, Brechen und/oder Ätzen erfolgt.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4), insbesondere ein Oberflächenbereich des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren
Verstärkungselements (4), der mit dem ersten Substrat in Kontakt gebracht wird, eine quadratische Oberflächenrauigkeit kleiner gleich 25 nm, bevorzugt kleiner gleich 1 5 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 nm, und/oder eine
Ebenheitsabweichung kleiner gleich 180 nm, insbesondere kleiner gleich 1 10 nm, aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) vor dem Anordnen auf dem ersten (1 ) und/oder zweiten Substrat (5) auf einem Positionierungsmittel (2), insbesondere einem Aufnahmesubstrat (2), angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) mindestens ein Fixierungselement (16) aufweist, das, insbesondere nach dem Inkontaktbringen des Stapels (7a) mit dem weiteren Stapel (7) oder des Stapels (7, 7a) mit dem nicht vom Stapel (7, 7a) umfassten Substrat (1 , 5), ein Verschieben und/oder Verdrehen des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) gegenüber dem ersten Substrat (1) und/oder gegenüber dem zweiten Substrat (5) reduziert oder verhindert.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Auflagestrukturen (1 3) erzeugt werden, wobei die Erzeugung der Auflagestruktur (13) derart erfolgt, dass die Auflagestruktur (13) den Auflagebereich (1 1 a) des ersten Substrats (1 ) schützt und/oder als Abstandshalter zwischen dem ersten Substrat (1 ) und dem zweiten Substrat (5) fungiert.
1 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf jeder der beiden Substratseiten (1 a, 1 b) des ersten Substrats (1 ) mindestens ein Verstärkungselement (4) angeordnet wird.
16. Verfahren nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Anordnen des mindestens einen
Verstärkungselements (4) auf dem ersten (1) und/oder dem zweiten Substrat (5) und/oder das Anordnen des weiteren Verstärkungselements (4) auf dem ersten Substrat (1 ) durch anodisches Bonden, direktes Bondes, plasma-aktiviertes Bonden und/oder thermisches Bonden erfolgt und/oder dass zumindest
Teilbereiche der durch das Erwärmen und Verformen miteinander in Kontakt gebrachten Bereiche des ersten Substrats (1 ) und des Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) durch thermisches Bonden miteinander verbunden werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) nach dem Verformen zumindest teilweise entfernt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren
Verstärkungselements (4) derart erfolgt, dass das mindestens eine
Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) wiederverwendbar ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (4) und/oder das weitere
Verstärkungselement (4) zumindest in dem Bereich, der mit dem ersten
Substrat (1 ) in Kontakt gebracht wird, eine Opferschicht aufweist, die nach dem Verformen des ersten Substrats (1 ) zur Freigabe des Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) entfernt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1 ) zumindest in Teilbereichen mit mindestens einer Veredlungsbeschichtung, insbesondere mit einer
Entspiegelungsbeschichtung, einer Antistatik-Beschichtung, einer
Reflexionsbeschichtung und/oder einer Absorbtionsbeschichtung, und/oder funktionalen Oberflächenstrukturen, insbesondere Mottenaugenstrukturen (40), versehen wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als funktionale Oberflächenstruktur Mottenaugenstrukturen (40) derart erzeugt werden, dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen
Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) auf/mit dem ersten Substrat (1 ) zumindest der Bereich des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4), der mit dem ersten Substrat (1 ) in Kontakt gebracht wird, mit einer Negativform der Mottenaugenstrukturen (40) versehen wird und nach dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) auf/mit dem ersten Substrat (1 ) während der Formgebung des ersten Substrats (1) die Mottenaugenstrukturen (40) auf der ersten und/oder zweiten Substratseite (1 a, 1 b) des ersten Substrats (1 ) erzeugt werden, indem die Negativform in dem mindestens einen
Verstärkungselement (4) und/oder dem weiteren Verstärkungselement (4) auf die erste und/oder zweite Substratseite (1 a, 1 b) des ersten Substrats (1 ),
insbesondere auf die Transmissionsflächen (9) der optischen Fenster (8, 30, 32), abgeformt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Veredlungsbeschichtung derart erzeugt wird, dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) auf/mit dem ersten Substrat (1 ) zumindest der Bereich des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4), der mit dem ersten Substrat (1 ) in Kontakt gebracht wird, mit der Veredlungsbeschichtung versehen wird und anschließend eine Verbindung zwischen dem ersten Substrat (1 ) und dem mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder dem weiteren
Verstärkungselements (4) durch eine Verbindung zwischen der
Veredlungsbeschichtung und dem ersten Substrat (1 ) hergestellt wird oder dass vor dem Anordnen und/oder dem Inkontaktbringen des mindestens einen Verstärkungselements (4) und/oder des weiteren Verstärkungselements (4) auf/mit dem ersten Substrat (1 ) die Veredlungsbeschichtung auf das erste Substrat (1 ) aufgebracht wird und anschließend das mindestens eine
Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) auf/mit der Veredlungsbeschichtung angeordnet und/oder in Kontakt gebracht wird, wobei nach dem Verformungsschritt das mindestens eine
Verstärkungselement (4) und/oder das weitere Verstärkungselement (4) zumindest teilweise entfernt wird und die Veredlungsbeschichtung auf dem ersten Substrat (1 ), insbesondere auf den optischen Fenstern (8, 30, 32), verbleibt.
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